模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统的制作方法

本发明涉及医疗模拟教学器具领域，特别是涉及一种模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统。

背景技术：

介入技术是结构性心脏病的有效治疗手段。传统的心内介入治疗是借助数字减影血管造影技术来实施影像导航。伴随着医学理念更新和生物医学工程科技进步，结构性心脏病介入治疗技术趋向复杂化和无放射性辐射方向发展，并由此催生了心血管超声介入技术的出现。与传统的介入影像技术相比，心脏彩色多普勒超声能提供可视化的心内结构关键性解剖信息，从而可以在结构性心脏病介入治疗中发挥着实时导航、定位和评估等关键性作用。手术医生成功实施心血管超声介入治疗的关键之处是需要在脑海中建立超声图像、病变实体和手术器械三者之间精准的影像映射关系。尤其在经导管瓣膜修复手术中，手术过程的关键操作实施需要多平面的超声切面提供病变瓣膜的综合信息来指导。但传统的心脏介入医生缺乏此方面的知识和技能。显而易见，新技术迭代需要有符合生理和解剖特征的模拟训练平台去更好地指导临床实践。这个模拟训练平台可以提供一种有效的手段去帮助心脏介入医生学习心脏超声技术，训练医生建立超声介入手术所必需的的影像映射关系，并能有效指导手术者如何开展超声介入手术。

现有技术中缺乏通过模块化设计，选择模块之间不同的连接方式灵活的实现多种心脏的模拟方式的模块化心脏脉动模拟装置。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统，对于临床医生的需求并结合真实手术操作环境设计，提供了一种有效的培训手段去训练医生开展心脏疾病诊断和治疗。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种模块化心脏脉动模拟装置，包括模拟心脏以及分别与模拟心脏连通的左心脉动模拟单元和/或右心脉动模拟单元；所述模拟心脏设于超声操作单元内；所述左心脉动模拟单元包括依次连通的主动脉顺应性模块、主动脉阻尼模块和左心房液容模块，所述主动脉顺应性模块与主动脉连通，所述左心房液容模块与模拟心脏的左心房连通；还包括用于模拟模拟心脏的左心室舒张或收缩的左心室脉动驱动模块；

和/或，所述右心脉动模拟单元包括依次连通的肺动脉顺应性模块、肺动脉阻尼模块(33)和右心房液容模块，所述肺动脉顺应性模块与肺动脉连通，所述右心房液容模块与模拟心脏的右心房连通；还包括用于模拟模拟心脏的右心室舒张或收缩的右心室脉动驱动模块。

本发明另一方面提供一种生物仿真食道超声模拟系统，包括本发明所述的模块化心脏脉动模拟装置，还包括仿真食道，所述仿真食道设于心脏底部外侧。

本发明的模块化心脏脉动模拟装置包括模拟心脏以及脉动驱动模块、动脉顺应性模拟模块、心房液容模块，并配备有第一脉动控制器和第二脉动控制器；采用一组脉动驱动模块、动脉顺应性模拟模块和心房液容模块，并连接模拟心脏左心或者右心，组成左心或右心脉动模拟单元，并由第一脉动控制器驱动电机运行，可以实现左心脉动模拟或者右心脉动模拟。采用两组脉动驱动模块、动脉顺应性模拟模块和心房液容模块和脉动控制器，并连接模拟心脏，组成左心和右心脉动模拟单元，由第一脉动控制器驱动一组脉动模拟单元的电机运行，辅助波形同步线与第一脉动控制器共享相同电机驱动波形，驱动另一组脉动模拟单元的电机运行，实现左右心同步脉动模拟。模块化心脏脉动模拟装置还可以装备辅助瓣膜，在保留模拟心脏的心尖完整前提下，实现心脏脉动模拟。本发明可以高度仿生地模拟实际人体生理脉动流效果，模块化的设计可以满足各种场景的应用，能够有效地培训医生开展心脏疾病诊断和治疗。

附图说明

图1为本发明模块化心脏脉动模拟装置第一实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图2为本发明模块化心脏脉动模拟装置第一实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图3为本发明模块化心脏脉动模拟装置第二实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图4为本发明模块化心脏脉动模拟装置第二实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图5为本发明模块化心脏脉动模拟装置第三实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图6为本发明模块化心脏脉动模拟装置第三实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图7为本发明模块化心脏脉动模拟装置第四实施例和生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图8为本发明模块化心脏脉动模拟装置第四实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图9为本发明模块化心脏脉动模拟装置第五实施例和生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图10为本发明模块化心脏脉动模拟装置第五实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图11为本发明模块化心脏脉动模拟装置第六实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图12为本发明模块化心脏脉动模拟装置第六实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图13为本发明模块化心脏脉动模拟装置第七实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图14为本发明模块化心脏脉动模拟装置第七实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图15为本发明模块化心脏脉动模拟装置第八实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的主视结构示意图。

图16为本发明模块化心脏脉动模拟装置第八实施例和对应的生物仿真食道超声模拟系统的立体结构示意图。

图17为本发明模拟心脏、仿真食道和超声操作单元的结构示意图。

图18为本发明左心室脉动驱动模块的仰视结构示意图。

图19为本发明左心室脉动驱动模块的a-a剖面结构示意图。

图20为本发明主动脉顺应性模块和主动脉阻尼模块主视结构示意图。

图21为本发明主动脉顺应性模块和主动脉阻尼模块的b-b剖面结构示意图。

图22为本发明左心房液容模块的主视结构示意图。

图23为本发明右心室脉动驱动模块的仰视结构示意图。

图24为本发明右心室脉动驱动模块的c-c剖面结构示意图。

图25为本发明肺动脉顺应性模块和肺动脉阻尼模块主视结构示意图。

图26为本发明肺动脉顺应性模块和肺动脉阻尼模块的d-d剖面结构示意图。

图27为本发明右心房液容模块的主视结构示意图。

图28为本发明模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统工作示意图。图中元件标号：

1模拟心脏

11左心房

12左心室

13右心房

14右心室

15主动脉

16肺动脉

17腔静脉

18肺静脉

2左心脉动模拟单元

21左心室脉动驱动模块

211第一电机

212第一模拟心室腔体

213第一排液阀门

214第一压力监测器

215第一内窥镜接口

22主动脉顺应性模块

221第一通气阀门

23主动脉阻尼模块

24左心房液容模块

241第一储液罐

242第三压力监测器

243第三内窥镜接口

244第一温度传感器

245第一加热器

25第一底座

251第二内窥镜接口

252第二压力监测器

3右心脉动模拟单元

31右心室脉动驱动模块

311第二电机

312第二模拟心室腔体

313第二排液阀门

314第四压力监测器

315第四内窥镜接口

32肺动脉顺应性模块

321第二通气阀门

33肺动脉阻尼模块

34右心房液容模块

341第二储液罐

342第六压力监测器

343第六内窥镜接口

344第二温度传感器

345第二加热器

35第二底座

351第五内窥镜接口

352第五压力监测器

4超声操作单元

5第一脉动控制器

6第二脉动控制器

7波形同步线

8仿真食道

9辅助瓣膜

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1～14所示，本发明实施例提供一种模块化心脏脉动模拟装置。模块化心脏脉动模拟装置包括模拟心脏1以及与模拟心脏1连通的左心脉动模拟单元2和/或右心脉动模拟单元3。其中模拟心脏1例如可以是仿真心脏或动物离体心脏(例如可以是猪的离体心脏)。所述模拟心脏1包括左心房11、左心室12、右心房13、右心室14。右心室14与肺动脉16连通，左心室12与主动脉15连通。符合人体生理的实际情况。左心包含左心房11，左心室12，主动脉瓣和二尖瓣等关键结构。右心包含右心房13，右心室14，肺动脉瓣和三尖瓣等关键结构。所述模拟心脏1设于超声操作单元4内。

本发明所提供的模块化心脏脉动模拟装置中，如图1～4、以及如图9～16所述左心脉动模拟单元2包括依次连通的主动脉顺应性模块22、主动脉阻尼模块23和左心房液容模块24，所述主动脉顺应性模块22与主动脉15连通，所述左心房液容模块24与左心房11连通。还包括用于模拟模拟心脏1的左心室12舒张或收缩的左心室脉动驱动模块21。

第一实施例为左心经心尖驱动，如图1和2，可实现动力源经模拟心脏左心室心尖，驱动心脏实现左心脉动循环。可以经心尖的方式单独左心模拟，即所述左心室脉动驱动模块21与模拟心脏1的左心室12连通。需要说明的是，模块化心脏脉动模拟装置包括模拟心脏1以及与模拟心脏1连通的左心脉动模拟单元2。其中模拟心脏1例如可以是仿真心脏或动物离体心脏(例如可以是猪的离体心脏)。所述模拟心脏1具备完整的左心结构(包括左心房11、左心室12、主动脉瓣、二尖瓣、主动脉15、肺静脉18等关键结构)，符合人体生理的实际情况。此时右心结构(包括右心房13、右心室14、肺动脉瓣、三尖瓣、肺动脉等关键结构)非必需。所述模拟心脏1设于超声操作单元4内。

在第一实施例中，如图1和2，所述左心脉动模拟单元2包括通过左心室心尖与其连通的左心室脉动驱动模块21，依次连通的主动脉顺应性模块22、主动脉阻尼模块23和左心房液容模块24。所述主动脉顺应性模块22与主动脉15连通，所述左心房液容模块24与左心房11连通。更具体的，将左心室脉动驱动模块21可通过第一接头与左心室12连接，左心房11与左心房液容模块24的出口侧可通过第二接头连接，主动脉15与主动脉顺应性模块22入口侧可以通过第三接头连接。第三接头插入主动脉15的位置可以根据需要，可以选择插入升主动脉15区域、主动脉15弓区域和降主动脉15区域，主动脉顺应性模块22出口侧连接主动脉阻尼模块23入口侧；主动脉阻尼模块23出口侧连接到左心房液容模块24入口侧。从而构成一个由连接到左心室12的左心室脉动驱动模块21，液体经左心室12，依次流过主动脉瓣、主动脉15、主动脉顺应性模块22、主动脉阻尼模块23、左心房液容模块24、肺静脉18、左心房11和二尖瓣，然后返回左心室12的左心脉动模拟单元2。

在第一实施例中，如图2和19，所述左心室脉动驱动模块21包括第一模拟心室腔体212和设于第一模拟心室腔体212上的第一电机211，第一电机211安装在第一模拟心室腔体212上方，可以沿第一模拟心室腔体212运动。其中，第一电机211例如可以是直线电机、步进电机等。进一步的，在前述第一实施例中，涉及左心经心尖驱动，第一模拟心室腔体212和左心室12组合成第一腔室，通常情况下，可以在左心室12心尖处缝制一个荷包插入连接接头，并用硅胶管与左心室脉动驱动模块21的第一接头相连后，第一模拟心室腔体212可与左心室12组合成为同一个腔室。在直线电机朝向第一模拟心室腔体212的方向运动时，即在直线电机向下运行过程中，第一腔室容积减小，内部压力上升，主动脉瓣打开、二尖瓣关闭，测试液体通过打开的主动脉瓣由左心室12向主动脉15排出，以此来模拟左心室12收缩；在直线电机朝远离第一模拟心室腔体212的方向运动时，即在直线电机向上运行过程中，腔室容积增大，内部压力下降，主动脉瓣关闭、二尖瓣打开，测试液体通过打开的二尖瓣由左心房11向左心室12流入，以此来模拟左心室12舒张。

在第一实施例中，如图1、18和19，所述第一模拟心室腔体212上设有第一内窥镜接口215，其作用是允许内窥镜通过第一内窥镜接口215进入左心室12内部观察，并维持密封保证心脏内部液体不泄露。

在第一实施例中，如图2，还包括与第一电机211连接的第一脉动控制器5，其控制第一电机211运行状态，可以加载任意电机驱动波形，调节电机频率、运行幅度和偏移。第一脉动控制器5为现有技术中的脉动控制器。

在第一实施例中，如图19，所述左心室脉动驱动模块21还设有第一排液阀门213和第一压力监测器214。其中第一排液阀门213可以用于添加或排出测试液。第一压力监测器214可以监测左心室12压力。第一压力监测器214例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。

在第一实施例中，如图1和21，所述主动脉顺应性模块22例如可以是安装在主动脉15流道上的储液罐，并安装有第一通气阀门221，第一通气阀门221可以连通大气，通过第一通气阀门221来调节主动脉顺应性模块22中的气体留存量从而调节主动脉顺应性。

在第一实施例中，如图1和21，所述主动脉顺应性模块22和主动脉阻尼模块23均设于第一底座25上，通常情况下，第一底座25内设有流道，主动脉顺应性模块22通过流道和主动脉阻尼模块23连通。应用过程中，测试液通过主动脉15由左心室12流入第一底座25的流道中，经过主动脉顺应性模块22后流经主动脉阻尼模块23。所述第一底座25上设有第二压力监测器252，第二压力监测器252例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。第二压力监测器252可以监测主动脉15的压力。

在第一实施例中，如图1和20，所述第一底座25上设有第二内窥镜接口251，其作用是允许内窥镜通过第二内窥镜接口251进入主动脉15，观察主动脉瓣出口侧形态，并维持密封保证主动脉15内部液体不泄露。

在第一实施例中，所述主动脉阻尼模块23包括第一阻尼阀。第一阻尼阀例如可以是锥形阻尼阀。可以通过调节第一阻尼阀上的阻尼旋钮，进而调节对流体产生的阻力。

在第一实施例中，如图1和22，测试液流过主动脉阻尼模块23后，经由连接管流入左心房液容模块24。所述左心房液容模块24包括第一储液罐241，第一储液罐241通过连通大气来模拟左心房11的低压环境。所述左心房液容模块24还包括第三压力监测器242，可以监测左心房11压力。第三压力监测器242例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。左心房液容模块24出口侧通过连接管及接头与左心房11连通。通常情况下，左心房液容模块24还设有第一温度传感器244和第一加热器245，用于监控和调整左心脉动模拟单元2内的温度。左心房液容模块24还设有第三内窥镜接口243，其作用是允许内窥镜通过第三内窥镜接口243进入左心房11，观察左心房11内部以及二尖瓣入口侧形态，并维持密封保证左心房11内部液体不泄露。

第二实施例为左心经主动脉驱动，如图3和4，可实现动力源经模拟心脏主动脉，驱动心脏实现左心脉动循环。可以经动脉的方式单独左心模拟，即所述左心室脉动驱动模块21设于主动脉15和主动脉顺应性模块22的连通管路上。需要说明的是，心脏脉动模拟装置包括模拟心脏1以及与模拟心脏1连通的左心脉动模拟单元2。其中模拟心脏1例如可以是仿真心脏或动物离体心脏(例如可以是猪的离体心脏)。所述模拟心脏1具备完整的左心结构(包括左心房11、左心室12、二尖瓣、主动脉15、肺静脉18等关键结构)，符合人体生理的实际情况，而主动脉瓣剪除或者不设置。此时右心结构(右心房13、右心室14、肺动脉瓣、三尖瓣、肺静脉18、肺动脉16)非必需。所述模拟心脏1设于超声操作单元4内。

在第二实施例中，如图3和4，所述左心脉动模拟单元2包括通过主动脉15与左心室12连通的左心室脉动驱动模块21，安装在左心室脉动驱动模块21、允许测试液自模拟心室腔向外侧流动的辅助瓣膜9(可以是机械瓣如球笼瓣)，依次连通的主动脉顺应性模块22、主动脉阻尼模块23和左心房液容模块24。所述主动脉顺应性模块22与左心室脉动驱动模块21连通，所述左心房液容模块24与左心房11连通。更具体的，将脉动驱动模块通过第一接头与主动脉15连接，左心房11与左心房液容模块24的出口侧通过第二接头连接，辅助瓣膜9固定脉动驱动模块上、与主动脉顺应性模块22入口侧通过第三接头连接。主动脉顺应性模块22出口侧连接主动脉阻尼模块23入口侧；主动脉阻尼模块23出口侧连接到左心房液容模块24入口侧。从而构成一个连接到左心室12的左心室脉动驱动模块21，液体经左心室12，依次流过没有主动脉瓣的主动脉15、左心室脉动驱动模块21、辅助瓣膜9、主动脉顺应性模块22、主动脉阻尼模块23、左心房液容模块24、肺静脉18、左心房11和二尖瓣，然后返回左心室12的左心脉动模拟单元2。

在第二实施例中，如图4和19，所述左心室脉动驱动模块21包括第一模拟心室腔体212和设于第一模拟心室腔体212上的第一电机211，第一电机211安装在第一模拟心室腔体212上方，可以沿第一模拟心室腔体212运动。其中，第一电机211例如可以是直线电机、步进电机等。

进一步的，在前述第二实施例，涉及左心经主动脉驱动，所述辅助瓣膜9可以是机械瓣如球笼瓣，安装在左心室脉动驱动模块21上，允许测试液自第一模拟心室腔体212向外侧流动。第一模拟心室腔体212和左心室12组合成模拟左心腔室。在此情况下，应使用没有设置主动脉瓣的仿真心脏，或者剪除天然主动脉瓣的动物离体心脏，并在主动脉15处插入连接接头并固定，并用硅胶管与左心室脉动驱动模块21的第一接头相连后，第一模拟心室腔体212可与左心室12组合成为模拟左心腔室。在第一电机211朝向第一模拟心室腔体212的方向运动时，即在电机向下运行过程中，第一模拟心室腔体212容积减小，内部压力上升，替代主动脉瓣的辅助瓣膜9打开、二尖瓣关闭，测试液体通过打开的辅助瓣膜9由左心室12向主动脉15排出，以此来模拟左心室12收缩；在直线朝远离模拟心室腔的方向运动时，即在直线电机向上运行过程中，腔室容积增大，内部压力下降，辅助瓣膜9关闭、二尖瓣打开，测试液体通过打开的二尖瓣由左心房11向左心室12流入，以此来模拟左心室12舒张。

在第二实施例中，如图3、18和19，所述第一模拟心室腔体212上设有第一内窥镜接口215，其作用是允许内窥镜通过第一内窥镜接口215进入左心室12内部观察，并维持密封保证心脏内部液体不泄露。

在第二实施例中，如图4，还包括与第一电机211连接的第一脉动控制器5，其控制第一电机211运行状态，可以加载任意电机驱动波形，调节电机频率、运行幅度和偏移。第一脉动控制器5为现有技术中的脉动控制器。

在第二实施例中，如图19，所述左心室脉动驱动模块21还设有第一排液阀门213和第一压力监测器214。其中第一排液阀门213可以用于添加或排出测试液。第一压力监测器214可以监测左心室12压力。第一压力监测器214例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。

在第二实施例中，如图3和21，所述主动脉顺应性模块22例如可以是安装在主动脉15流道上的储液罐，并安装有第一通气阀门221，第一通气阀门221可以连通大气，通过第一通气阀门221来调节主动脉顺应性模块22中的气体留存量从而调节主动脉顺应性。

在第二实施例中，如图3和21，所述主动脉顺应性模块22和主动脉阻尼模块23均设于第一底座25上，通常情况下，第一底座25内设有流道，主动脉顺应性模块22通过流道和主动脉阻尼模块23连通。应用过程中，测试液通过主动脉15由左心室12流入第一底座25的流道中，经过主动脉顺应性模块22后流经主动脉阻尼模块23。所述第一底座25上设有第二压力监测器252，第二压力监测器252例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。第二压力监测器252可以监测主动脉15的压力。

在第二实施例中，如图3和20，所述第一底座25上设有第二内窥镜接口251，其作用是允许内窥镜通过第二内窥镜接口251进入主动脉15，观察主动脉瓣出口侧形态，并维持密封保证主动脉15内部液体不泄露。

在第二实施例中，所述主动脉阻尼模块23包括第一阻尼阀。第一阻尼阀例如可以是锥形阻尼阀。可以通过调节第一阻尼阀上的阻尼旋钮，进而调节对流体产生的阻力。

在第二实施例中，如图3和22，测试液流过主动脉阻尼模块23后，经由连接管流入左心房液容模块24。所述左心房液容模块24包括第一储液罐241，第一储液罐241通过连通大气来模拟左心房11的低压环境。所述左心房液容模块24还包括第三压力监测器242，可以监测左心房11压力。第三压力监测器242例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。左心房液容模块24出口侧通过连接管及接头与左心房11连通。通常情况下，左心房液容模块24还设有第一温度传感器244和第一加热器245，用于监控和调整左心脉动模拟单元2内的温度。左心房液容模块24还设有第三内窥镜接口243，其作用是允许内窥镜通过第三内窥镜接口243进入左心房11，观察左心房11内部以及二尖瓣入口侧形态，并维持密封保证左心房11内部液体不泄露。

本发明所提供的模块化心脏脉动模拟装置中，如图5～8以及图9～16，还包括与右心室14连通的右心室脉动驱动模块31；所述右心脉动模拟单元3包括依次连通的肺动脉顺应性模块32、肺动脉阻尼模块33和右心房液容模块34，所述肺动脉顺应性模块32与肺动脉16连通，所述右心房液容模块34与右心房13连通。

第三实施例为右心经心尖驱动，如图5～6，可实现动力源经模拟心脏右心室心尖，驱动心脏实现右心脉动循环。可以经心尖的方式单独右心模拟，即所述右心室脉动驱动模块31与模拟心脏1的右心室14连通。需要说明的是，心脏脉动模拟装置包括模拟心脏1以及与模拟心脏1连通的右心脉动模拟单元3。其中模拟心脏1例如可以是仿真心脏或动物离体心脏(例如可以是猪的离体心脏)。所述模拟心脏1具备完整的右心结构(包括右心房13、右心室14、肺动脉瓣、三尖瓣、肺动脉16、腔静脉17等关键结构)，符合人体生理的实际情况。此时左心结构(包括左心房11、左心室12、主动脉瓣、二尖瓣、主动脉15、肺静脉18等关键结构)非必需。所述模拟心脏1设于超声操作单元4内。

在第三实施例中，如图5～6，所述右心脉动模拟单元3包括通过右心室心尖与右心室脉动驱动模块31，依次连通的肺动脉顺应性模块32、肺动脉阻尼模块33和右心房液容模块34。所述肺动脉顺应性模块32与肺动脉16连通，所述右心房液容模块34与右心房13连通。更具体的，将右心室脉动驱动模块31可通过第四接头与右心室14连接，右心房13与右心房液容模块34的出口侧可通过第五接头连接，通常需要利用止血钳夹紧腔静脉17，将第五接头一端插入腔静脉17，通过腔静脉17连接到右心房13，第五接头另一端停留在腔静脉17外侧，并连接到右心房液容模块34出口侧。肺动脉16与肺动脉顺应性模块32入口侧可以通过第六接头连接。肺动脉顺应性模块32出口侧连接肺动脉阻尼模块33入口侧；肺动脉阻尼模块33出口侧连接到右心房液容模块34入口侧。从而构成一个由连接到右心室14的右心室脉动驱动模块31，液体经右心室14，依次流过肺动脉瓣、肺动脉16、肺动脉顺应性模块32、肺动脉阻尼模块33、右心房液容模块34、腔静脉17、右心房13和三尖瓣，然后返回右心室14的右心脉动模拟单元3。

在第三实施例中，如图5和24，所述右心室脉动驱动模块31包括第二模拟心室腔体312和设于第二模拟心室腔体312上的第二电机311，第二电机311安装在第二模拟心室腔体312上方，可以沿第二模拟心室腔体312运动。其中，第二电机311例如可以是直线电机、步进电机等。

进一步的，在前述第三实施例，第二模拟心室腔体312和右心室14组合成第二腔室，通常情况下，可以在右心室14心尖处缝制一个荷包插入连接接头，并用硅胶管与右心室脉动驱动模块31的第四接头相连后，第二模拟心室腔体312可与右心室14组合成为同一个腔室。在直线电机朝向第二模拟心室腔体312的方向运动时，即在直线电机向下运行过程中，第二腔室容积减小，内部压力上升，肺动脉瓣打开、三尖瓣关闭，测试液体通过肺动脉16向右心室14外排出，以此来模拟右心室14收缩；在直线电机朝远离第二模拟心室腔体312的方向运动时，即在直线电机向上运行过程中，腔室容积增大，由于瓣膜的作用，测试液体通过右心房13流入右心室14，以此来模拟右心室14舒张。

在第三实施例中，如图5、23和24，所述第二模拟心室腔体312上设有第四内窥镜接口315，其作用是允许内窥镜通过该接口进入右心室14内部观察，并维持密封保证心脏内部液体不泄露。

在第三实施例中，如图5和24，还包括与第二电机311连接的第二脉动控制器6。第二脉动控制器6控制第二电机311运行状态，可以加载任意电机驱动波形，调节电机频率、运行幅度和偏移。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第二脉动控制器6为现有技术中的脉动控制器。

在第三实施例中，如图5和24，所述右心室脉动驱动模块31还设有第二排液阀门313和第四压力监测器314。其中第二排液阀门313可以用于添加或排出测试液。第四压力监测器314可以通过采集设备监测右心室14压力。第四压力监测器314例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。

在第三实施例中，如图5和26，所述肺动脉顺应性模块32例如可以是安装在肺动脉16流道上的储液罐。所述肺动脉顺应性模块32包括第二通气阀门321，第通气阀门可以连通大气，通过第二通气阀门321来调节肺动脉顺应性模块32中的气体留存量从而调节肺动脉16顺应性。

在第三实施例中，如图5和26，所述肺动脉顺应性模块32和肺动脉阻尼模块33均设于第二底座35上，通常情况下，第二底座35内设有流道，肺动脉顺应性模块32通过流道和肺动脉阻尼模块33连通。应用过程中，测试液通过肺动脉16由右心室14流入第二底座35的流道中，经过肺动脉顺应性模块32后流经肺动脉阻尼模块33。所述第二底座35上设有第五压力监测器352，第五压力监测器352例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。第五压力监测器352可以监测肺动脉16压力。

在第三实施例中，如图5、25和26，所述第二底座35上设有第五内窥镜接口351，其作用是允许内窥镜通过第五内窥镜接口351进入肺动脉16，观察肺动脉瓣出口侧形态，并维持密封保证肺动脉16内部液体不泄露。

在第三实施例中，所述肺动脉阻尼模块33包括第二阻尼阀。第二阻尼阀例如可以是锥形阻尼阀。可以通过调节第二阻尼阀上的阻尼旋钮，进而调节对流体产生的阻力。

在第三实施例中，如图5和27，测试液流过肺动脉阻尼模块33后，经由连接管流入右心房液容模块34。所述右心房液容模块34包括第二储液罐341，第二储液罐341通过连通大气来模拟右心房13的低压环境。所述右心房液容模块34还包括第六压力监测器342，可以监测右心房13压力。第六压力监测器342例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。右心房液容模块34出口侧通过连接管及接头与右心房13连通。通常情况下，右心房液容模块34还设有第二温度传感器344和第二加热器345，用于监控和调整右心脉动模拟单元3内的温度。右心房液容模块34还设有第六内窥镜接口343，其作用是允许内窥镜通过第六内窥镜接口343进入右心房13，观察右心房13内部以及三尖瓣入口侧形态，并维持密封保证右心房13内部液体不泄露。

第四实施例为右心经肺动脉驱动，如图7～8，可实现动力源经模拟心脏肺动脉，驱动心脏实现右心脉动循环。可以经动脉的方式单独右心模拟，即所述右心室脉动驱动模块31设于肺动脉16和肺动脉顺应性模块32的连通管路上。需要说明的是，心脏脉动模拟装置包括模拟心脏1以及与模拟心脏1连通的右心脉动模拟单元3。其中模拟心脏1例如可以是仿真心脏或动物离体心脏(例如可以是猪的离体心脏)。所述模拟心脏1具备完整的右心结构(右心房13、右心室14、三尖瓣、肺动脉16、腔静脉17)，符合人体生理的实际情况，而肺动脉瓣剪除或者不设置。此时右心结构左心结构(包括左心房11、左心室12、二尖瓣、主动脉15、肺静脉18等关键结构)非必需。所述模拟心脏1设于超声操作单元4内。

在第四实施例中，如图7～8，所述右心脉动模拟单元3包括通过肺动脉16与右心室14连通的右心室脉动驱动模块31，安装在脉动驱动模块、允许测试液自模拟心室腔向外侧流动的辅助瓣膜9(可以是机械瓣如球笼瓣)，依次连通的肺动脉顺应性模块32、肺动脉阻尼模块33和右心房液容模块34。所述肺动脉顺应性模块33与肺动脉顺应性模块32连通，所述右心房液容模块34与右心房13连通。更具体的，将脉动驱动模块34通过第四接头与肺动脉16连接，右心房13与右心房液容模块34的出口侧通过第五接头连接，辅助瓣膜9固定脉动驱动模块上、与肺动脉顺应性模块32入口侧通过第六接头连接。肺动脉顺应性模块32出口侧连接肺动脉阻尼模块33入口侧；肺动脉阻尼模块33出口侧连接到右心房液容模块34入口侧。从而构成一个连接到右心室14的右心室脉动驱动模块31，液体经右心室14，依次流过没有肺动脉瓣的肺动脉、右心室脉动驱动模块31、辅助瓣膜9、肺动脉顺应性模块32、肺动脉阻尼模块33、右心房液容模块34、腔静脉17、右心房13和三尖瓣，然后返回右心室14的右心脉动模拟单元3。

第四实施例中，如图7和24，所述右心室脉动驱动模块31包括第二模拟心室腔体312和设于第二模拟心室腔体312上的第二电机311，第二电机311安装在第二模拟心室腔体312上方，可以沿第二模拟心室腔体312运动。其中，第二电机311例如可以是直线电机、步进电机等。

进一步的，在前述第四实施例中，所述辅助瓣膜9可以是机械瓣如球笼瓣，安装在右心室脉动驱动模块31上，允许测试液自第二模拟心室腔体312向外侧流动。第二模拟心室腔体312和右心室14组合成模拟右心腔室。在此情况下，应使用没有设置肺动脉瓣的仿真心脏，或者剪除天然肺动脉瓣的动物离体心脏，并在肺动脉16处插入连接接头并固定，并用硅胶管与右心室脉动驱动模块31的第三接头相连后，第二模拟心室腔体312可与右心室14组合成为模拟右心腔室。在直线电机朝向第二模拟心室腔体312的方向运动时，即在直线电机向下运行过程中，模拟心室腔容积减小，内部压力上升，替代肺动脉瓣的辅助瓣膜9打开、三尖瓣关闭，测试液体通过打开的辅助瓣膜9由右心室14向肺动脉16排出，以此来模拟右心室14收缩；在直线电机朝远离第二模拟心室腔体312的方向运动时，即在直线电机向上运行过程中，腔室容积增大，内部压力下降，辅助瓣膜9关闭、三尖瓣打开，测试液体通过打开的三尖瓣由右心房13向右心室14流入，以此来模拟右心室14舒张。

在第四实施例中，如图7、23和24，所述第二模拟心室腔体312上设有第四内窥镜接口315，其作用是允许内窥镜通过该接口进入右心室14内部观察，并维持密封保证心脏内部液体不泄露。

在第四实施例中，如图7和24，还包括与第二电机311连接的第二脉动控制器6。第二脉动控制器6为现有技术中的脉动控制器。在第四实施例～第八实施例中，第二脉动控制器6通过波形同步线7与所述第一脉动控制器5连接，控制第二电机311运行状态。第二脉动控制器6通过波形同步线7与第一脉动控制器5共享同一电机驱动波形，实现第一电机211与第二电机311波形相位、频率相同。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第一脉动控制器5和第二脉动控制器6协同工作，模拟左心和右心同步、同频但内部压力情况完全不同的生理心跳形态。在左心和右心同步模拟时，能够将通过波形同步线7连接第一脉动控制器5和第二脉动控制器6，令左右心的跳动同步但幅度可以独立调节。

在第四实施例中，如图7和24，所述右心室脉动驱动模块31还设有第二排液阀门313和第四压力监测器314。其中第二排液阀门313可以用于添加或排出测试液。第四压力监测器314可以通过采集设备监测右心室14压力。第四压力监测器314例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。

在第四实施例中，如图7和26，所述肺动脉顺应性模块32例如可以是安装在肺动脉16流道上的储液罐。所述肺动脉顺应性模块32包括第二通气阀门321，第通气阀门可以连通大气，通过第二通气阀门321来调节肺动脉顺应性模块32中的气体留存量从而调节肺动脉16顺应性。

在第四实施例中，如图7和26，所述肺动脉顺应性模块32和肺动脉阻尼模块33均设于第二底座35上，通常情况下，第二底座35内设有流道，肺动脉顺应性模块32通过流道和肺动脉阻尼模块33连通。应用过程中，测试液通过肺动脉16由右心室14流入第二底座35的流道中，经过肺动脉顺应性模块32后流经肺动脉阻尼模块33。所述第二底座35上设有第五压力监测器352，第五压力监测器352例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。第五压力监测器352可以监测肺动脉16压力。

在第四实施例中，如图7、25和26，所述第二底座35上设有第五内窥镜接口351，其作用是允许内窥镜通过第五内窥镜接口351进入肺动脉16，观察肺动脉瓣出口侧形态，并维持密封保证肺动脉16内部液体不泄露。

在第四实施例中，所述肺动脉阻尼模块33包括第二阻尼阀。第二阻尼阀例如可以是锥形阻尼阀。可以通过调节第二阻尼阀上的阻尼旋钮，进而调节对流体产生的阻力。

在第四实施例中，如图7和27，测试液流过肺动脉阻尼模块33后，经由连接管流入右心房液容模块34。所述右心房液容模块34包括第二储液罐341，第二储液罐341通过连通大气来模拟右心房13的低压环境。所述右心房液容模块34还包括第六压力监测器342，可以监测右心房13压力。第六压力监测器342例如可以是有创血压传感器、单晶硅压力传感器等。右心房液容模块34出口侧通过连接管及接头与右心房13连通。通常情况下，右心房液容模块34还设有第二温度传感器344和第二加热器345，用于监控和调整右心脉动模拟单元3内的温度。右心房液容模块34还设有第六内窥镜接口343，其作用是允许内窥镜通过第六内窥镜接口343进入右心房13，观察右心房13内部以及三尖瓣入口侧形态，并维持密封保证右心房13内部液体不泄露。

第五实施例为左右心经心尖驱动，同步模拟，如图9～10，图28，左心采用第一实施例的经心尖方式。右心采用第三实施例的经心尖方式。可实现动力源经模拟心脏左心室心尖和右心室心尖，驱动心脏实现左心和右心同步脉动循环的方法。具体的步骤包括第一实施例和第三实施例的全部内容。另外，第二脉动控制器6通过波形同步线7与所述第一脉动控制器5连接，控制第二电机311运行状态。第二脉动控制器6通过波形同步线7与第一脉动控制器5共享同一电机驱动波形，实现第一电机211与第二电机311波形相位、频率相同。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第一脉动控制器5和第二脉动控制器6协同工作，模拟左心和右心同步、同频但内部压力情况完全不同的生理心跳形态。在左心和右心同步模拟时，能够将通过波形同步线7连接第一脉动控制器5和第二脉动控制器6，令左右心的跳动同步但幅度可以独立调节。

第六实施例为左心经心尖、右心经肺动脉驱动，如图11～12，左心采用第一实施例的经心尖方式。右心采用第四实施例的经动脉模拟方式。可实现动力源经模拟心脏左心室心尖和右心肺动脉，驱动心脏实现左心和右心同步脉动循环的方法。具体的步骤包括第一实施例和第四实施例的全部内容。另外，第二脉动控制器6通过波形同步线7与所述第一脉动控制器5连接，控制第二电机311运行状态。第二脉动控制器6通过波形同步线7与第一脉动控制器5共享同一电机驱动波形，实现第一电机211与第二电机311波形相位、频率相同。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第一脉动控制器5和第二脉动控制器6协同工作，模拟左心和右心同步、同频但内部压力情况完全不同的生理心跳形态。在左心和右心同步模拟时，能够将通过波形同步线7连接第一脉动控制器5和第二脉动控制器6，令左右心的跳动同步但幅度可以独立调节。

第七实施例为左心经主动脉、右心经心尖驱动，如图13～14，左心采用第二实施例的经动脉模拟方式。右心采用第三实施例的经心尖模拟方式。可实现动力源经模拟心脏左心主动脉和右心室心尖，驱动心脏实现左心和右心同步脉动循环的方法。具体的步骤包括第二实施例和第三实施例的全部内容。另外，第二脉动控制器6通过波形同步线7与所述第一脉动控制器5连接，控制第二电机311运行状态。第二脉动控制器6通过波形同步线7与第一脉动控制器5共享同一电机驱动波形，实现第一电机211与第二电机311波形相位、频率相同。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第一脉动控制器5和第二脉动控制器6协同工作，模拟左心和右心同步、同频但内部压力情况完全不同的生理心跳形态。在左心和右心同步模拟时，能够将通过波形同步线7连接第一脉动控制器5和第二脉动控制器6，令左右心的跳动同步但幅度可以独立调节。

第八实施例为左心经主动脉、右心经肺动脉驱动，如图15～16，左心采用第二实施例的经动脉模拟方式。右心采用第四实施例的经动脉模拟方式。可实现动力源经模拟心脏左心主动脉和右心肺动脉，驱动心脏实现左心和右心同步脉动循环的方法。具体的步骤包括第二实施例和第四实施例的全部内容。另外，第二脉动控制器6通过波形同步线7与所述第一脉动控制器5连接，控制第二电机311运行状态。第二脉动控制器6通过波形同步线7与第一脉动控制器5共享同一电机驱动波形，实现第一电机211与第二电机311波形相位、频率相同。第二脉动控制器6可独立调节电机运行幅度和偏移。第一脉动控制器5和第二脉动控制器6协同工作，模拟左心和右心同步、同频但内部压力情况完全不同的生理心跳形态。在左心和右心同步模拟时，能够将通过波形同步线7连接第一脉动控制器5和第二脉动控制器6，令左右心的跳动同步但幅度可以独立调节。

需要进一步强调的是，前述实施例中，采用经动脉的方式，可以避免占用心尖位置，防止经心尖介入的医疗器械在模拟系统上无法或者难以使用。

通常情况下，前述八个实施例中，根据不同实验需求可灵活调节各位点压力。所述信号源也可变更驱动波形，以适应不同症状下压力的特殊表现。

本发明所提供的模块化心脏脉动模拟装置中，在前述八个实施例中，超声操作单元4的腔体内设有覆盖模拟心脏1的液体，通常情况下，液体完全淹没模拟心脏1以使其内部气体完全排出。液体介质可以采用纯水、生理盐水、甘油与水配比溶液、超声偶合计等液体或者血液作为脉动流流体，满足各种情况下仿真训练系统的需要。超声操作单元4例如可以是超声操作盒。超声操作单元4容纳液体介质，避免超声观测时心脏与探头之间有界面，导致成像不清晰。

八个实施例的模拟方案如下图：

本发明实施例还提供一种生物仿真食道超声模拟系统，包括前述的模块化心脏脉动模拟装置，如图1，3、5、7、9、11、13、15，包括仿真食道8，所述模拟心脏1设于中空的超声操作单元4腔体中，所述仿真食道8设于心脏底部外侧，模拟真实生理状态。超声操作单元4中间镂空，仿真食道8从此处穿过，与模拟心脏1的相对位置接近人体生理实际情况。

本发明实施例还提供一种生物仿真食道超声模拟系统，还包括用于模拟食道超声操作的食道超声仪(未画出)，所述超声探头可设于仿真食道8中。通常情况下，在脉动运行过程中，将食道超声探头插入仿真食道8至特定位置模拟心脏食道超声操作。多普勒彩超、dsa等设备可以应用于仿真训练系统，并可搭配内窥镜，相互对比，极大的提升仿真训练效果。

本发明所提供的生物仿真食道超声模拟系统中，在所述仿真食道8与模拟心脏1之间填充耦合剂，用以加强超声传导，使得超声显示图像更加清晰。如有必要，也可在仿真食道8中填充耦合剂。在模拟过程中，通过调整超声探头的位置，调整所视切面。模拟实验可以作为食道超声使用训练，在更接近实际应用的状况下练习食道超声的使用。并且在实验过程中可以熟悉食道超声影响在不同位置，不同角度时所显示的影像。可以让使用者更快的掌握超声使用方法，积累影像分析经验。

本发明的工作过程：

按照接近人体生理实际情况将模拟心脏1和仿真食道8设于合理位置，通过第一脉动控制器5和第二脉动控制器6连接，使得左心系统和右心系统的电机运行频率和相位一致。通过第一电机211朝向或远离第一腔室运动，以及通过第二电机311朝向或远离第二腔室运动，模拟心室舒张，通过各压力监测器分别监测左心室12压力、主动脉15压力、右心房13压力、肺动脉16压力。模拟不同症状下压力的特殊表现。通过第二阀门来调节主动脉顺应性模块22中的气体留存量从而调节顺应性，通过第四阀门来调节肺动脉顺应性模块32中的气体留存量从而调节顺应性，通过主动脉阻尼模块23调节对流体产生的阻力，可以通过调节肺动脉阻尼模块33调节对流体产生的阻力。通过第一储液罐241通过连通大气来模拟左心房11的低压环境，第二储液罐341通过连通大气来模拟右心房13的低压环境。通过第一阀门和第三阀门可以用于添加或排出测试液。

脉动运行过程中可依照不同介入器械的介入路径，选择不同的介入端口。以经皮介入式主动脉15为例，可将升主动脉15与主动脉顺应性模块22连接，将降主动脉15一侧作为器械介入的入口。介入操作之前先将降主动脉15一侧封闭，待脉动模拟运行后，调节运行状态使得各位点压力基本符合实验要求。即可从降主动脉15封闭侧进行器械模拟介入。需要指出的是，体外模拟无法完全复现生理状况，故主要参数满足条件即可。在介入过程中，将食道超声探头插入仿真食道8至特定位置模拟食道超声操作，可通过食道超声影像指导介入操作。

综上，模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统具有高度扩展性和自由度，模块化心脏脉动模拟装置和生物仿真食道超声模拟系统可以高度仿生地模拟实际人体生理脉动流效果，并且参数可以调节和监控。所采用的动物离体心脏可以为离体猪心，离体猪心与人体心脏的结构极其相似，可以提供最佳的仿真训练效果，而且成本极低，安装和更换便捷。从而模拟不同心脏功能的心脏运动状态。在脉动流系统下，经仿真食道8插入心脏食道超声探头，可以扫查病变，并获取病变信息。

本发明的模块化心脏脉动模拟装置的设计，在左心右心同步模拟时，是同一个心跳脉动波形，输出到左心室脉动驱动模块21(驱动器)和第二脉动模块，分别控制第一电机211(脉动泵)和第二电机(脉动泵)，在保持频率和相位相同的前提下，实现2个脉动泵输出独立调节，更好的模拟左心和右心截然不同的生理状态。同时增加一种动力源连接方式，通过连接主动脉15，而不是心尖开口，现有的直接连接心尖开口会阻碍部分经心尖介入器械的模拟。肺动脉顺应性模块32和主动脉顺应性模块22可以分别模拟主动脉15和肺动脉16大血管顺应。此外本发明通过增加一个液容模块(储液罐)，可以优化超声效果。

本发明的优势还在于，在使用透明测试液的条件下，可利用内窥镜辅助观察猪心内状态，有利于操作医生将超声影像和实际影响关联起来。介入试验的成果也可通过内窥镜辅助观察。

本发明的优势还在于，可以根据不同病例情况，对模拟心脏1进行特殊处理，使其更接近病例状况。可进行特定状况下的介入操作培训与练习。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。