專利名稱：一種人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置，特別是人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路。
隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，現(xiàn)在已可以用人工制造心瓣置換病變瓣膜，使病人恢復(fù)健康。因此人工瓣膜性能的好壞，壽命的長短，直接影響病人的安危。由于動(dòng)物試驗(yàn)和臨床試驗(yàn)的周期很長，評(píng)價(jià)和比較人工心瓣的疲勞壽命的力學(xué)性能主要靠體外模擬試驗(yàn)裝置來實(shí)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?1104142.7的專利申請(qǐng)所公開的人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是以人工心瓣在體內(nèi)受力為參數(shù)進(jìn)行體外模擬加速疲勞壽命試驗(yàn)，是以直線電機(jī)為動(dòng)力的裝置。為了使心瓣的開閉運(yùn)動(dòng)盡可能接近正常生理?xiàng)l件的規(guī)律，直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)波形必須反映人體心室容積變化的規(guī)律。為此必須設(shè)計(jì)專門的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路。該電路必須滿足以下條件①有足夠大的輸出功率，可帶動(dòng)若干個(gè)心瓣同時(shí)工作，靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)；②驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)與心室容積變化曲線相近，且平均值和幅值連續(xù)可調(diào)；③驅(qū)動(dòng)波形頻率為60～2000次/分；④驅(qū)動(dòng)波形頻率能自動(dòng)顯示，運(yùn)動(dòng)次數(shù)自動(dòng)記錄，停電有記憶功能；⑤工作穩(wěn)定可靠，至少連續(xù)不停機(jī)工作8個(gè)月以上，可模擬心瓣在體內(nèi)工作十年以上。
本實(shí)用新型的目的就是為該人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)機(jī)的執(zhí)行元件直線電機(jī)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路，使直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)波形即心瓣運(yùn)動(dòng)波形模擬人體心室容積的變化，從而，帶動(dòng)人工心臟瓣膜做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型由心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器，對(duì)心瓣運(yùn)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行功放的功率放大器和對(duì)心瓣運(yùn)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量與顯示器三部分組成。所說的心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器，包括脈沖時(shí)鐘發(fā)生器，地址發(fā)生器，心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器，D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器。脈沖時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生頻率可調(diào)的CP脈沖；地址發(fā)生器是由計(jì)數(shù)器芯片完成的，在上述CP脈沖作用下它可以給出順序變化地址，加到心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器地址線上，以產(chǎn)生心瓣運(yùn)動(dòng)波形；心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器是把所要求的心瓣運(yùn)動(dòng)波形即人體心室容積的變化曲線進(jìn)行量化，組成一組波形數(shù)字編碼，把這組編碼寫入EPROM芯片中；D/A轉(zhuǎn)換器將前述波形數(shù)字編碼轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)；濾波器濾除其高次諧波，使得到的心瓣運(yùn)動(dòng)波形更接近心室容積變化的曲線。所說的測(cè)量與顯示器，包括整形電路，60倍頻器和測(cè)量顯示電路。
本實(shí)用新型將人體心室容積的變化曲線量化成心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼，再將波形編碼還原成連續(xù)波形信號(hào)，經(jīng)功率放大后作為直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)波形，從而使人工心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)能模擬人的生理?xiàng)l件，使人工心瓣體外疲勞試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型輸出功率大，工作穩(wěn)定可靠，連續(xù)工作時(shí)間長，還可實(shí)現(xiàn)心率及心瓣開閉次數(shù)的測(cè)量與顯示。
以下結(jié)合附圖、實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。


圖1.心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器原理方框圖。
圖2.心瓣運(yùn)動(dòng)波形。
圖3.心率測(cè)量與顯示電路原理方框圖。
圖4.心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器電路圖。
圖5.功率放大器電路圖。
圖6. 60倍頻器電路圖。
圖7.測(cè)量與顯示電路圖。
圖8.人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路圖。
圖9.人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
圖中1—脈沖時(shí)鐘發(fā)生器2—地址發(fā)生器3—編碼寄存器4—D/A轉(zhuǎn)換器 5—濾波器6—輸出心瓣運(yùn)動(dòng)波形
7—心瓣運(yùn)動(dòng)波形 8—整形電路9-60倍頻電路10—心率測(cè)量顯示電路 11—直線電機(jī)12—試驗(yàn)段13—瓣膜架14—心臟瓣膜15—濾波器實(shí)施例按照技術(shù)要求，心瓣運(yùn)動(dòng)波形必須與心室容積變化波形相近，使心瓣開閉運(yùn)動(dòng)模擬人的生理?xiàng)l件，把這種心瓣運(yùn)動(dòng)波形送給功率放大器，驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)11，帶動(dòng)心臟瓣膜14做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。測(cè)量電路將心瓣運(yùn)動(dòng)頻率和次數(shù)自動(dòng)顯示出來。具體作法如下①心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器的原理方框圖如圖1所示，心瓣運(yùn)動(dòng)波形如圖2所示，是一個(gè)特殊形狀的波形，它與通常的正弦波、三角波、方波不同，所以不能用通常所用的波形發(fā)生器，而采用數(shù)字技術(shù)。把所要求波形進(jìn)行量化，組成一組數(shù)字編碼，寫入EPROM芯片中。例如把一個(gè)波形周期分成8等份，用三位二進(jìn)制進(jìn)行量化，對(duì)于每個(gè)等分點(diǎn)t1，對(duì)應(yīng)一個(gè)V(t1)，設(shè)最大電壓值為2V，用數(shù)字量表示為111，量化單位為001，相當(dāng)于2/8V。采樣這8個(gè)點(diǎn)就得到一個(gè)階梯狀的波形。一個(gè)周期內(nèi)等分點(diǎn)越密，量化后的階梯狀曲線越接近原連續(xù)曲線。把V(t1)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，按V(t0)，V(t1)……順序用計(jì)算機(jī)寫入EPROM中，例如寫入2K或4K字節(jié)的2716芯片中就組成一組心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼?？蓪⑷舾蓚€(gè)不同的波形編碼同時(shí)寫入EPROM中供選擇。將波形編碼還原成原來的連續(xù)波形，要有一個(gè)時(shí)鐘脈沖，用74LS00四個(gè)與非門和RW1，C組成環(huán)形振蕩器，調(diào)節(jié)電位計(jì)RW1可改變CP脈沖的頻率fCP，當(dāng)要求心瓣運(yùn)動(dòng)波形頻率f0＝2Hz時(shí)，每個(gè)波形周期分成256等分時(shí)，則fCP＝2×256＝512Hz。脈沖時(shí)鐘發(fā)生器也可由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器完成。
地址發(fā)生器可用三片74LS161計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)器CD4040芯片組成。CP脈沖接到地址發(fā)生器的時(shí)鐘輸入端，在其輸出端QA、QB、QC、QD……產(chǎn)生順序變化地址，送往2716地址線A0……A10。從而不斷改變所選中的地址單元。在2716的數(shù)據(jù)線上Q0、Q1、Q2……Q7得到已存入的心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼。2716的數(shù)據(jù)端Q0、Q1……Q7與D/A變換器的數(shù)據(jù)端D10、D11、D12……D17相連，0832輸出端與運(yùn)算放大器μA741相接，構(gòu)成I-V轉(zhuǎn)換電路，在μA741輸出端得到與EPROM中編碼相對(duì)應(yīng)的心瓣運(yùn)動(dòng)波形。心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器電路如圖4所示。
②功率放大器上述心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器輸出電壓幅度、功率都較小，不能推動(dòng)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)，必須進(jìn)行功率放大。采用倒相級(jí)(由LM324或LM358組成)、前置功放級(jí)(由STK439組成)和橋式功率放大級(jí)(由MJ1401和MJ1402組成)進(jìn)行功率放大，輸出功率達(dá)200W。電路如圖5所示。
③測(cè)量與顯示器測(cè)量電路原理方框圖如圖3所示。測(cè)量電路包括兩部分。其一是測(cè)量心瓣運(yùn)動(dòng)快慢，即心率；其二是測(cè)量心瓣開閉次數(shù)，它用具有記憶功能的計(jì)數(shù)器完成。心率測(cè)量，即測(cè)量每分鐘心瓣運(yùn)動(dòng)次數(shù)，用ICM7217和共陽極LED顯示器測(cè)量可實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量。但它測(cè)的是每秒鐘心瓣運(yùn)動(dòng)次數(shù)，按通常習(xí)慣，需要顯示的是心瓣每分鐘運(yùn)動(dòng)次數(shù)，故需把心瓣運(yùn)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行60倍頻再送入頻率計(jì)就得到心率顯示。60倍頻器采用CD4046鎖相環(huán)芯片和任意分頻器HD14569芯片組成。把任意分頻器接成60分頻，把60分頻器接入到鎖相環(huán)反饋回路中，其輸出端可獲得60倍頻的信號(hào)。如圖6所示。
用ICM7217測(cè)量心率，需要幾個(gè)控制信號(hào)。即①閘門信號(hào)GATE，它提供1秒閘門，閘門開啟時(shí)開始計(jì)數(shù)，閘門關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束；②存貯信號(hào)STORE；③復(fù)位信號(hào)RESET。用反相器CD4069和頻率為32.768KHz的石英晶體組成振蕩器，經(jīng)CD4060和CD4013組成的216分頻器獲得1秒閘門信號(hào)，再經(jīng)CD4011芯片進(jìn)行信號(hào)處理，獲得存貯和復(fù)位信號(hào)。把GATE、STORE、RESET送到ICM7217就可顯示心率數(shù)。電路如圖7所示。
本實(shí)施例的心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器將量化了的心室容積變化曲線變成心瓣運(yùn)動(dòng)波形，送給功率放大器，驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)11，帶動(dòng)心瓣14做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)測(cè)量電路將心瓣運(yùn)動(dòng)頻率和心瓣開啟次數(shù)自動(dòng)顯示出來。該電路可以達(dá)到以下效果1.驅(qū)動(dòng)電路可同時(shí)帶動(dòng)6個(gè)心瓣同時(shí)工作。功率放大器輸出功率200瓦。靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)。
2.驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)與心室容積變化相近，且平均值和幅值連續(xù)可調(diào)。
3.驅(qū)動(dòng)波形頻率為60-2000次/分。
4.頻率自動(dòng)顯示，運(yùn)動(dòng)次數(shù)自動(dòng)記錄，停電有記憶功能。
5.工作穩(wěn)定可靠，連續(xù)不停機(jī)工作8個(gè)月以上?？梢阅M心瓣在體內(nèi)工作10年。
圖8所示是一個(gè)完整的人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路，其中只是有些芯片與實(shí)施例1不同。
權(quán)利要求1.一種人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是由心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器，對(duì)心瓣運(yùn)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行功放的功率放大器和對(duì)心瓣運(yùn)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量與顯示器三部分組成，所說的心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器，包括脈沖時(shí)鐘發(fā)生器，地址發(fā)生器，心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器，D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器，脈沖時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生頻率可調(diào)的CP脈沖；地址發(fā)生器是由計(jì)數(shù)器芯片完成的，在上述CP脈沖作用下它可以給出順序變化地址，加到心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器地址線上，以產(chǎn)生心瓣運(yùn)動(dòng)波形；心瓣運(yùn)動(dòng)波形編碼寄存器是把所要求的心瓣運(yùn)動(dòng)波形即人體心室容積的變化曲線進(jìn)行量化，組成一組波形數(shù)字編碼，把這組編碼寫入EPROM芯片中；D/A轉(zhuǎn)換器將上述波形數(shù)字編碼轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)；濾波器濾除其高次諧波，使得到的波形更接近心室容積變化的曲線，所說的測(cè)量與顯示器，包括整形電路，60倍頻器和測(cè)量顯示電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是地址發(fā)生器由三片74LS161計(jì)數(shù)器或CD4040計(jì)數(shù)器芯片組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是功率放大器采用由LM324或LM358組成的倒相級(jí)、由STK439組成的前置功放級(jí)和由MJ1401和MJ1402組成的橋式功率放大級(jí)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是脈沖時(shí)鐘發(fā)生器是由與非門、電阻、電容組成的環(huán)形振蕩器或由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是脈沖時(shí)鐘發(fā)生器是由與非門、電阻、電容組成的環(huán)形振蕩器或由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是測(cè)量顯示電路由ICM7217芯片、閘門電路及LED數(shù)碼管組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是測(cè)量顯示電路由ICM7217芯片、閘門電路及LED數(shù)碼管組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是測(cè)量顯示電路由ICM7217芯片、閘門電路及LED數(shù)碼管組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所說的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是測(cè)量顯示電路由ICM7217芯片、閘門電路及LED數(shù)碼管組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種人工心臟瓣膜疲勞試驗(yàn)裝置,特別是其驅(qū)動(dòng)與測(cè)量電路。本實(shí)用新型由心瓣運(yùn)動(dòng)波形發(fā)生器,功率放大器和測(cè)量與顯示電路三部分組成,可將心瓣運(yùn)動(dòng)波形變成驅(qū)動(dòng)信號(hào),使人工心臟瓣膜模擬人的正常生理?xiàng)l件,從而實(shí)現(xiàn)人工心瓣的體外疲勞試驗(yàn)。本實(shí)用新型輸出功率大,工作穩(wěn)定可靠,可連續(xù)不停機(jī)工作8個(gè)月以上,模擬心瓣體內(nèi)工作10年。
文檔編號(hào)G01N3/00GK2273413SQ9520500
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1995年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月17日
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