用于血液系统的控压阀及其压力调节方法

技术领域

本发明属于阀领域，特别涉及一种用于血液系统的控压阀及其压力调节方法。

背景技术

高血压是一种慢性疾病，彻底根治高血压十分困难，目前临床上常见的治疗方式是长期使用降压药物将血压控制在正常范围内，由此有效预防高血压病发症。因此高血压的诊疗涉及长期的药物治疗。

药物降血压是目前主流的降血压方式，但药物由使用到发挥作用需要一段时间，在紧急情况下，这一段时间是夺走患者生命的罪魁祸首。简单而言，药物降压的过程如下：

血压升高→患者感知→使用药物→血压降低。

血压升高后，患者的感知延迟、用药延迟以及药物的作用延迟拖延了降低血压，例如降血压药物硝酸甘油或硝普钠，口服之后通常需要大约15-30分钟(加上感知延迟和用药延迟后时间更长)起效，如果可以消除这些延迟，做到当血压升高后通过某种手段立即降低血压，那么将可以拯救不计其数的生命。

相比于利用生物途径的药物降血压，物理途径降血压的响应更加迅速。放血降血压的原理为在人体血管容积不变的情况下减少血量以达到降血压的目的，这种物理途径的降血压几乎只用于手术室的紧急时刻，且相关装置较为复杂，不适合应用于常规降血压，因此，通过物理途径常规降血压的技术现在几乎是空白，急需研究一种能够利用物理方法快速降血压的装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于血液系统的控压阀及其压力调节方法，通过阀芯、波纹弹簧和电机的配合，使得阀芯能通过挤压波纹弹簧的方式实现在阀身与阀盖之间的移动，从而让阀身内部的液体通过阀芯向外界排出，最终阀身内的液体压力始终保持稳定状态，该空压阀能够利用物理降压的方式降低血压，且适合多场景应用，操作简单便捷，能够达到快速安全降血压的目的。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种用于血液系统的控压阀，其包括阀身、阀盖、阀芯、密封装置和驱动装置；所述阀盖和所述阀身的侧壁连接，所述阀芯、密封装置和驱动装置设置在所述阀盖与所述阀身的连接处；

所述阀身为空心柱结构，且所述阀身的侧壁上开设有通孔，所述通孔的两侧阀身侧壁上开设有带有螺纹结构的凹槽；

所述阀盖的下表面与所述阀身的侧壁连接，所述阀盖的上表面上开设用供螺栓穿过的螺纹孔，所述螺栓穿过所述螺纹孔与所述阀身侧壁上的凹槽连接，所述阀盖的上表面还设置供所述驱动装置安装的驱动空间，所述驱动空间的上方设置有盖板，所述盖板的两侧分别通过圆柱销与所述阀盖连接；

所述阀盖与所述阀身连接处设置有排液通道；

所述驱动装置包括电机、电源、转轴、波纹弹簧和滑块，所述盖板的下方依次设置有所述电源、电机、转轴、滑块、波纹弹簧和阀芯，且所述电源的输出端与所述电机的输入端连接，所述电机的输出端与所述转轴的第一端连接，所述转轴的第二端与滑块的第一端固定连接，所述波纹弹簧的第一端与所述滑块的第二端接触，所述波纹弹簧的第二端与所述阀芯的第一端接触；

所述阀芯的第一端设置有供所述波纹弹簧工作的弹簧空间，所述阀芯的中端外侧壁设置有外延结构，所述外延结构防止所述阀芯滑至所述阀身的内部，所述阀芯的第二端为空心结构，且所述阀芯的第二端的侧壁上开设有多个通液槽。

可优选的，所述阀身的侧壁上还设置有传感器，传感器通过无线装置与中控器连通，且所述中控器通过无线装置远程控制电机转动。

可优选的，当所述阀身内的液体压力处于正常数值时，所述阀芯的中端外延部位与所述阀身的通孔紧密贴合，所述波纹弹簧处于伸展状态，所述排液通道不与阀身内连通；当所述阀身内的液体压力处于高数值时，液体将推动所述阀芯，使得所述阀芯对波纹弹簧进行挤压从而让所述阀芯的中端外延部位与所述阀身的通孔分离，流出的液体将流经所述阀芯后通过排液通道流出。

可优选的，所述密封装置为密封圈。

另一方面本发明还提供一种用于血液系统的控压阀的压力调节方法，包括以下步骤；

S1：所述阀身的内部注入液体，传感器对液体内部压力进行检测并记录为初始压力，阀芯中端与阀身通孔紧密接触，波纹弹簧保持不变；

S2：所述阀身内液体压力开始增高，阀芯发生上移，波纹弹簧开始压缩，从而将液体经排液通道排出；

S3：当传感器检测得阀身内液体压力恢复正常状态后，中控器将控制电机转动带动转轴从而推动波纹弹簧及其阀芯，使得阀芯的中端外延重新与阀身侧壁的通孔紧密连接，恢复至起始状态；电机转动的圈数为N：

其中：ΔL为弹簧在安装后需要压缩的长度；h

电机的转动时间为t：

其中：n为电机的转速。

可优选的，所述S2中液体从通道排出的液体量为ΔV：

其中：L为管道总长；t为管道的平均厚度；d为管道的平均直径；E为管道的平均弹性模量；k为液体的体积模量；ΔP为血压超过阀芯开启压力时，血压高出阀芯开启压力的值；V

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明能够通过阀身、阀盖、阀芯、密封装置和驱动装置之间的相互配合，使得阀芯能通过挤压或松弛波纹弹簧实现在阀身和阀盖之间的上下移动，最终实现在出现高血压症状时立即工作，以最快的速度降血压，快速安全的达到降低血压的作用。

(2)本发明能通过压力调节方法准确的确认阀芯的运动时间，从而准确调节血压值；而且本装置还能进行远程调节，可以针对不同的使用者或使用者的不同时期定制不同使用方案，满足不同阶段的精确降血压需求。

(3)本发明通过设置阀身、阀盖、阀芯、密封装置和驱动装置从而避免了使用者出现抗药性而使药物失去效果的情况，可以长期有效安全的降低血压。

附图说明

图1为本发明用于血液系统的控压阀的整体结构示意图；

图2为本发明用于血液系统的控压阀的剖视图；

图3为本发明用于血液系统的控压阀的剖视轴侧图；

图4本发明用于血液系统的控压阀的阀芯结构示意图；

图5a-5b为本发明的实施例1中血管图。

附图中的部分附图说明如下：

1-阀身；2-血压传感器；3-传感器圆形密封圈；4-圆形密封圈；5-C形密封圈；6-阀盖；7-螺栓；8-矩形密封圈；9-圆柱销；10-盖板；11-电机；12-转轴；13-滑块；14-波纹弹簧；15-阀芯；16-通液槽；17-外延结构；18-弹簧空间。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种用于血液系统的控压阀，本装置能直接在人体内的血管中安置，其安装方式与其他医用外科器材安装至人体内方式一致。

如图1-4所示，一种用于血液系统的控压阀，包括阀身1、阀盖6、阀芯15、密封装置和驱动装置；阀盖6和阀身1的侧壁连接，阀芯15、密封装置和驱动装置设置在阀盖6与阀身1的连接处。

阀身1为空心柱结构，且阀身1的侧壁上开设有通孔，通孔的两侧阀身1侧壁上开设有带有螺纹结构的凹槽。

阀盖6的下表面与阀身1的侧壁连接，阀盖6的上表面上开设用供螺栓穿过的螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔与阀身1侧壁上的凹槽连接，阀盖6的上表面还设置供驱动装置安装的驱动空间，驱动空间的上方设置有盖板，盖板的两侧分别通过圆柱销与阀盖6连接。

阀盖6与阀身1连接处设置有排液通道，排液管道用于在高压状态时排出多余的液体从而将液体压力降低。

驱动装置包括电机11、电源、转轴12、波纹弹簧14和滑块13，盖板的下方依次设置有电源、电机11、转轴12、滑块13、波纹弹簧14和阀芯15，且电源的输出端与电机11的输入端连接，电机11的输出端与转轴12的第一端连接，转轴12的第二端与滑块13的第一端固定连接，波纹弹簧14的第一端与滑块13的第二端接触，波纹弹簧14的第二端与阀芯15的第一端接触。

电源可通过无线方式进行充电，也可直接在人体外预留充电口，或者通过手术进行电源更换。

阀芯15的第一端设置有供波纹弹簧14工作的弹簧空间18，阀芯15的中端外侧壁设置有外延结构17，外延结构17防止阀芯15滑至阀身1的内部，阀芯15的第二端为空心结构，且阀芯15的第二端的侧壁上开设有多个通液槽16。

阀身1的侧壁上还设置有血压传感器2，传感器通过无线装置与中控器连通，且中控器通过无线装置远程控制电机11转动。

当阀身1内的液体压力处于正常数值时，阀芯15的中端外延部位与阀身1的通孔紧密贴合，波纹弹簧14处于伸展状态，排液通道不与阀身1内连通；当阀身1内的液体压力处于高数值时，液体将推动阀芯15，使得阀芯15对波纹弹簧14进行挤压从而让阀芯15的中端外延部位与阀身1的通孔分离，流出的液体将流经阀芯15后通过排液通道流出。

密封装置为密封圈，密封圈可为C形密封圈，也可为圆形密封圈，根据需求而进行实际选择。

另一方面本发明还提供一种用于血液系统的控压阀的压力调节方法，包括以下步骤；

S1：阀身1的内部注入液体，传感器对液体内部压力进行检测并记录为初始压力，阀芯15中端与阀身1通孔紧密接触，波纹弹簧14保持不变。

S2：阀身1内液体压力开始增高，阀芯15发生上移，波纹弹簧14开始压缩，从而将液体经排液通道排出。

S3：当传感器检测得阀身1内液体压力恢复正常状态后，中控器将控制电机11转动带动转轴12从而推动波纹弹簧14及其阀芯15，使得阀芯15的中端外延重新与阀身1侧壁的通孔紧密连接，恢复至起始状态；由初始状态(拥有最大安装空间的状态)，调节为开启压力为p

其中：ΔL为弹簧在安装后需要压缩的长度；h

电机11的转动时间为t：

其中：n为电机11的转速。

S2中液体从通道排出的液体量为ΔV：

其中：L为管道总长；t为管道的平均厚度；d为管道的平均直径；E为管道的平均弹性模量；k为液体的体积模量；ΔP为血压超过阀芯15开启压力时，血压高出阀芯15开启压力的值；V

实施例

将本发明接入人体血液循环系统，即切断某处的血管，将断处一端与阀身1的入口相连，另一端与阀身1的出口相连，血液由阀身1的入口流进本发明，由阀身1的出口流出本发明。

位于阀身1内的血液将填满阀身1与圆形密封圈4、血压传感器2、传感器圆形密封圈3以及阀芯15形成的空腔，由于血液具有压力，因此有力作用在阀芯15的下端。

在阀芯15的上端，通过电机11的转动，再配合转轴12与滑块13所形成的螺纹副，可以调节滑块13下端与阀芯15上端的距离，由于波纹弹簧14置于转轴12与阀芯15之间，因此通过电机11的转动，可以压缩或放松波纹弹簧14，从而实现了调节波纹弹簧14的预紧力。

由于波纹弹簧14有预紧力，因此有力作用在阀芯15的上端，综上，阀芯15在作用于上端的力、作用于下端的力以及圆形密封圈4的支持力的作用下保持平衡。

当血液的压力不够大时，作用于下端的力不够大，无法克服作用于上端的力打开阀芯15与圆形密封圈4的密封。

当血液的压力足够大时，作用于下端的力足够大，足以克服作用于上端的力以打开阀芯15与圆形密封圈4的密封，血液进入阀身1与阀盖6，以及圆形密封圈4、C形密封圈5、血压传感器2、矩形密封圈共同形成的空腔内，此时由于人体血液系统中的血量减少，又由于人体血液系统的容积不变，所以血压降低，当血压降低到一定值时，作用于下端的力又无法克服作用于上端的力从而无法打开阀芯15与圆形密封圈4的密封，因此血液停止外溢。外溢到阀身1与阀盖6，以及圆形密封圈4、C形密封圈5、血压传感器2、矩形密封圈共同形成的空腔内的血液可以通过阀盖6和阀身1共同形成的圆形排血口排出。

血压传感器2可通过其下端的装置测量相应位置的血压并可以将血压值传递到对应的设备中。

本发明的排血量由以下方法粗略计算：

如图5所示图5a为血管模型；图5b为血管壁受力状态图，其中L为人体血管总长，t为人体血管的平均厚度，d为人体血管的平均直径，E为人体血管的平均弹性模量(设血管的变形在弹性范围内，且满足胡克定律)。当血压为p的血液流动在血管内时，血管壁的受力状态如图(b)所示，则由竖直方向上的受力平衡可知：

再假设正应力σ在血管壁的纵截面上均匀分布，则可知：

F＝σtL。

以上两式联立可以得到：

则应变ε为：

则血管内壁在横截面上的周长变化量ΔC与原周长C的关系为：

ΔC＝εC＝επd。

则在血压p下血管内壁的周长C

则在血压p下血管内壁的直径d

则在血压p下血管血压流通的面积S

则在血压p下血管的容积V

设血液的体积模量为k，将在血压p下血管中的血液置于大气压下时的体积V

则：

假设某患者设定的开启血压值为p

电机11转动圈数及其工作时间具体如下；设人体血液系统安全阀的开启压力值为p

当开启压力取最小值p

得：

当开启压力取最小值p

得：

综上，开启压力p

其中涉及的L、K、H、h、d均为固有参数，若阀的基本结构已经确定(H、h、d已经确定)，可以通过调整弹簧参数L与K实现调整p

由于H、h、d已经确定，且p

开启压力值为p

得：

则弹簧在安装后需要压缩的长度ΔL为：

则电机11需要转动的圈数N为：

若已知电机11的转速n，可以得到电机11的转动时间t：

在N与t的表达式中，H、d、P、L、K为固有参数，p

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。