微型血泵的研制及其模拟实验研究

为了使血泵满足体积微型、能植入于体内，且操作简单的要求，设计、加工一体积较小、可连接左心房和升主动脉的微型离心式血泵。经模拟实验测试，离心泵性能良好，基本满足当初设计的适合临床生理需要的流量、压力要求。同时模拟实验的成功，为以后血泵的完善、动物实验及临床上的使用提供了实验依据。

Ⅰ型血泵左心辅助循环动物实验研究

为了对Ⅰ型血泵进行深入研究以便在此基础上进行改进，我们选择９只心脏正常犬进行左心辅助动物实验，以验证该泵的血液动力学输出性能、对心脏的辅助功能及对血液的破坏程度。在动物实验中，血泵放入胸腔内，进口通过静脉插管经左心房耳插入左心房，出口经过动脉插管插入升主动脉。输液、测试、辅助管路接通后，控制血泵的辅助流量为心输出量的２５～３０％左右。结果显示：１．辅助流量在５００～６００ｍｌ／ｍｉｎ时，主动脉收缩压可达１３０ｍｍＨｇ，证明Ⅰ型血泵输出性能满足辅助时生理血液动力学要求。２．辅助后，主动脉舒张压和心脏总输出量均升高，提示此血泵对冠状动脉血流量的增加及心脏泵血具有辅助功能。３．辅助４小时后，血浆中游离血红蛋白含量由２．４ｍｇ／ｄｌ升高到３．１ｍｇ／ｄｌ，纤维蛋白未发生明显变化。

Ⅱ型叶片轴流血泵的研制及体外流量实验

在自制Ⅰ型离心血泵和借鉴国外同类血泵的基础上 ,我们通过改变泵的整体结构、叶片角度、材料、密封方式和加工手段等 ,又自行设计和加工另一微型轴流血泵 -Ⅱ型血泵 ,它由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、导流槽和支撑架等部件构成 ,总长度 12 5mm ,容积 147ml,材料是TC4钛合金 ,总重量 380g。我们根据不同的压力、流量输出要求 ,设计、加工出五、四、三叶片的叶轮。在模拟试验台 ,我们分别测试此泵的动力学输出、产热和密封性能。结果显示 :(1)五叶片泵在 80 0 0rpm时输出为 6 .8L/min、12 0mmHg ;根据各叶片泵的输出曲线得出 :五、四、三叶片泵的压力和流量均随着转速的升高而升高。 (2 )当前负荷为 0mmHg时 ,五、四、三叶片血泵转速80 0 0rpm流量为 5 .0L/min时 ,所对应的最大的压力约为 170mmHg、16 0mmHg和 130mmHg ,可见在同流量输出情况下 ,随着叶片数的减少压力随之降低。 (3)五、四、三叶片泵的流量、压力输出受前负荷影响较小。 (4 )血泵的效率随着转速的升高而升高。 (5 )在 12 0h的连续运转过程中 ,血泵的表面温度变化较小 ;密封性能也较好。

螺旋血泵的研制及其实验研究

血液相容性问题是影响心室辅助装置使用寿命及大量临床应用的重要因素之一。减少红细胞破坏和减少血液接触面积是目前可以提高血泵血液相容性的重要手段 ,为此我们 1997年到 1999年间研制了叶片为螺旋型且与血液接触面积小的螺旋血泵。血泵由泵体、螺旋叶轮、电机、医用硅橡胶密封圈和轴承等构成。叶轮的最大直径为 2 1 8mm ,最小直径是 9 8mm ,螺旋叶轮椎角 4 1 8度 ,泵体最大直径 30mm ,血泵为钛合金材料 ,体积 76ml,总重量 2 2 0g。体外试验结果显示 :1 螺旋血泵的输出是流量 4L min对应的平均压力为 10 0mmHg。 2 血泵的表面温度恒定在 39℃左右 ,密封性能良好。 3 螺旋血泵的溶血指数NIH为 0 0 85g 10 0L低于轴流血泵的NIH值 0 2 84g 10 0L ,且未在螺旋叶轮周围未发现任何微小血栓 ,证实螺旋血泵对血液的破坏明显低于轴流血泵。4 由于密封引起的产热和耗能尚待于改进。

ChinaHeart左心辅助装置的体内动物实验评估

目的通过体内动物实验验证磁悬浮左心辅助装——China Heart VAD的运行可靠性及血液相容性,并观察China Heart VAD对实验动物主要终末器官的影响。方法择健康雄性绵羊6只,麻醉诱导、呼吸插管后开胸,将China Heart VAD植入体内。在心脏不停跳的情况下,形成由左心尖到辅助装置,再到降主动脉的辅助循环通路。术后常规护理并抗凝控制,术前和术后不同时间段分别做游离血红蛋白、血细胞和血液生化指标检查。术后连续监测辅助装置运行状况,待动物存活至预期时限进行安乐死手术,尸解做VAD内血栓探查及动物终末主要脏器的宏观和病理检查。结果 6例实验中,1台VAD在植入25d后停止运转,其余5台正常运转至实验结束;6例实验动物中有1例在术后第3天因肺部感染死亡,其余5例VAD植入后存活状态良好,术后细胞学和血液生化学检查结果均值在正常范围内;血浆中游离血红蛋白数值小于9.78mg/dL;因VAD停转行安乐死动物尸解时发现,血泵入口形成一个疑似来源于心肌内膜的增生组织,且叶片与泵壳之间同时附着一块血栓,其余5例装置内无任何附着物或血栓;组织病理学检查发现2例动物左肺贴近VAD装置部位均可见有小叶性肺炎,2例动物肾脏有局部坏死,其余终末脏器无明显病变发生。结论 China Heart VAD具有较好的可靠性,完全可以胜任长于一个月的连续心室辅助,且具有极优的血液相容性,对各主要终末脏器无显著影响。

XZ-Ⅱ型轴流血泵的流场分析

血液破坏是目前影响国产心室辅助装置(ventricular assist device,VAD)不能临床应用的主要障碍。方法本文中采用计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)工具设计XZ-Ⅱ型轴流血泵,并用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法进行泵内流场分析对VAD进行血液相容性研究。结果①血泵的压力流量输出可以满足心室辅助的要求;②流场中的最大剪切率出现在叶轮入口的地方,在整个叶轮端面保持了较高的剪切率,而且随着转速升高,剪切率增大,流量增加,剪切率也增大;③在叶轮相对径向流速以较高速度旋转时,在入口附近,流场保持层流状态,接近转子时,出现周向剪切速度,转子和泵壁之间的流场出现了不对称性,中下壁面出现较大波动,在叶轮附近,流场发生剧烈的变化,在靠近轮毂的地方会出现湍流,叶片之间出现较大的分离涡流,在出口导流叶片与叶轮的相接区域,流动出现局部回流,在狭窄的交接区域,出现流动滞止,流体进入导流叶片时,流动方向在此急剧变化会引起流动分离,从而影响了出口流速和流动的稳定性;④叶轮与出口导叶片接触端面压力变化剧烈。结论叶轮内部、叶轮与导叶片连接部分、出口导叶片内部流场不稳定容易形成涡流和流动停滞,容易形成血栓;叶轮与出口导叶片连接端面以及叶轮内部剪切力较高,容易产生溶血。

轴流血泵对心衰动物的辅助试验研究

选择 2 0只雄性健康成年绵羊 ,采用结扎冠脉方法建立心衰模型后 ,随机分为两组 ;心衰后实验组运用自制轴流血泵进行左心辅助 ,分别在结扎冠脉前、心衰后和左心辅助 1h测量两组动物各项血液动力学参数 ,探讨血泵的动力学输出和对衰竭心脏的辅助功能 ,并取标本进行光、电镜检查。通过测试实验组血液的FHB、Fib和主要器官的栓塞情况 ,观察血泵对血液的破坏程度。结果得出 :(1)选择性结扎冠脉比较适合作为LVAD的左心衰动物模型。 (2 )血泵的压力、流量输出能够达到辅助要求 ,血泵辅助流量可占总流量的 10 0 %。 (3)并联于左心房和腹主动脉的血泵是通过部分分流和提高主动脉舒张压方式促进心肌的恢复 ;病理检查结果与血液动力学结果推测一致。 (4 )实验组短期在体试验辅助 2 4h ,标准溶血指数NIH为 0 .0 8g/ 10 0L ,试验结束肾脏有散在白色斑块 ,血泵的进、出口与管道接口处覆盖一层薄薄白膜 ;血泵表面温度变化较小。

新型磁耦合式轴流血泵

为了更好地解决旋转式叶片血泵的密封问题 ,本文中采用磁耦合驱动方式 ,设计、加工一小型轴流血泵。血泵由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、隔膜、导流槽和支撑架等部件构成 ,总长度 12 5 m m,容积147m1,材料是 TC4钛合金 ,总重量 380 g。体外和在体试验中分别测试血泵的动力学输出、密封、产热和血液破坏等性能。结果显示 :1体外试验中 ,血泵旋转速度 80 0 0 rpm时输出为 6 .8L / m in、 12 0 mm Hg。 2在 12 0小时的连续运转过程中 ,血泵的表面温度变化较小 ;密封性能也较好。 3 2 4小时的在体试验中 ,血浆中游离血红蛋白含量逐渐增大 ,纤维蛋白原未发生明显变化 ;除血泵的进出接口处和动物肾脏发现微小血栓外 ,脑部和其它腹部脏器未发现血栓。

中国生物医学工程学科发展态势的文献计量学分析

为找到生物医学工程（BME）学科在中国的发展优势和存在问题,探寻本学科科研项目和企业发展的最佳途径和有效切入点,本文利用文献计量学方法对中国BME学科发展态势及现状进行综合分析.首先根据BME研究现状将其分为生物力学、生物材料学、医学系统建模与控制、医学信号检测与处理、医学图像分析与处理等8个研究类别,借助万方期刊数据资源系统检索国内BME的所有期刊论文,再利用文献计量学方法中的布拉德福定律对所有文献进行数据挖掘和信息分析.分析结果显示1997～2008年,BME学科发文数量随时间变化逐年递增,但在2009年有下降势态;其间生物力学学科发文数量最多,且被引频次超过10次的期刊论文也最多;生物力学类期刊论文的最高被引频次为99次,论文题目是〈股骨远端骨折三种内固定方法生物力学比较研究与临床应用〉.因此在中国,BME中的生物力学学科基础较显雄厚,目前人们关注热点更倾向于应用研究.

国产轴流血泵的血液相容性特征:验证性观察(英文)

背景:轴流式血泵是用于心室辅助的主要泵型。前期大量研究结果表明血泵内的不良血液流动特性是导致溶血和血栓的重要因素。目的:在前期轴流血泵的设计图基础上,利用计算机优化技术和计算流体力学的方法,通过改变血泵整体形态及叶轮形状设计一轴流血泵,并装配成型。设计:采用加工后实际测试验证理论设计的合理性。单位:首都医科大学附属北京安贞医院-北京心肺血管疾病研究所生物医学工程研究室与中国航天科技集团总公司北京十四所。材料:血泵泵体及叶轮为钛合金材料,轴承为陶瓷轴承。体外测试用首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台。实验用羊由首都医科大学附属北京安贞医院实验动物房提供。方法:于2005年初开始,首先在中国航天科技集团总公司北京十四所,利用计算机优化技术和计算流体力学技术,基于最大限度减小剪切力和减少流动死区的原则基础上设计血泵的整体形态、叶轮数目和形状、导叶轮的结构和位置以及叶轮的螺距。然后使用数控机床加工成型。最后将轴流血泵安装到首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台上,在输出条件为5L/min流量和13.3kPa压力,流体介质为甘油和水混合液以及新鲜抗凝羊血的条件下,血泵运转4h,每隔0.5h取血样标本。这样通过测试血泵的压力流量输出,以标准溶血指数反映血浆中游离血红蛋白含量,观察泵内血栓形成情况验证血泵的动力学输出性能及血液破坏程度。结果:加工成型后的轴流血泵为泵-机一体结构,包括泵体、叶轮、导叶轮、陶瓷轴承以及进出口等,容积63mL。体外实验结果证实,当血泵运转速度为10000r/min时,它的压力、流量输出为21.01kPa和6.0L/min,其动力学输出性能可以满足患者左心辅助需求,血泵连续运转时其表面温度变化不明显。计算流场显示血泵的内部大多呈层流状态,血泵的体外测试标准溶血指数为(0.047±0.017)g/100L,此数值远远低于以前的轴流血泵,且在血泵内部没有任何血栓形成。结论:经过CAD和CFD方法设计的轴流血泵,在满足左心辅助的压力、流量输出要求同时,血液破坏程度远远小于以前的轴流血泵,提高了轴流血泵的血液相容性。

平流式血泵对心衰动物左心辅助的实验研究

目的 :探讨平流式轴流血泵在体实验中的泵性能及对心衰动物的辅助功能。方法 :采用选择性结扎冠脉的方法对 2 0只雄性健康成年绵羊建立心衰模型后 ,随机分为 2组 ,运用一平流式轴流血泵对实验组动物进行左心辅助 ,于结扎冠脉前、心衰即刻和心衰后 1h测量两组动物各项血液动力学参数 ,评价平流血泵的动力学输出和对血流动力学参数的影响 ,探讨其对衰竭心脏的辅助机制 ,动物处死后取标本进行光、电镜检查 ,检测主要器官和血泵的栓塞情况。结果 :1 可以采用结扎冠脉的方法建立左心辅助心衰动物模型 ;2 血泵的压力、流量输出能够达到辅助要求 ,血泵辅助流量占总流量的 6 6 % ;3 并联于左心房和降主动脉的血泵可以将主动脉舒张压提高 70 % ;4 平流式血泵主要通过分担心脏对外做功减少心肌耗氧 ,使心肌恢复 ;病理检查结果与血流动力学结果推测一致。 5 尸检肾脏有散在白色斑块 ;血泵的进、出口与管道接口处覆盖一层薄薄白膜 ,整个过程血泵表面温度变化较小。结论 :自制平流血泵可以改善心脏功能并可对心衰动物进行短期辅助。

II型轴流VAD的CAD及流场分析

目的:近年来随着心脏外科的发展,心脏移植的大量涌现,作为心脏辅助桥梁过渡的心室辅助装置(ventricular assistant device,VAD)的研究再次掀起高潮;而机电工程、材料技术的发展,又使VAD的实现逐渐成为可能。目前我国所研制的VAD不能应用于临床的最大障碍是VAD主体-血泵的血液相容性问题没有很好地解决,切确地讲VAD应用时的溶、凝血问题是目前国内、外VAD研制的一个难题。方法:本文中我们采用计算机辅助设计(CAD)工具设计型轴流VAD,用有限元计算方法进行泵内流场分析(CFD)的方法对VAD进行血液相容性研究。结果:(1)VAD的压力流量输出可以满足心室辅助的要求;(2)流场中的最大剪切率出现在叶轮入口的地方,在整个叶轮端面保持了较高的剪切率,而且随着转速升高,剪切率增大;流量增加,剪切率也增大;(3)在叶轮相对径向流速以较高速度旋转时,在入口附近,流场保持层流状态;接近转子时,流体开始加速,同时具有周向剪切速度;由于叶轮与转子连接部位具有不对称性,转子和泵壁之间的流场出现了不对称性,中下壁面出现较大波动,而在其对称面上没有出现波动;在叶轮附近,流场发生着剧烈的变化,同时随转速的不同,流动呈现不同的流动状态;在靠近轮毂的地方会出现湍流,叶片之间出现较大的分离涡流,流场剧烈波动;在出口导流叶片与叶轮的相接区域,流动出现局部回流,在狭窄的交接区域,出现流动滞止;流体进入导流叶片时,由于导叶端面有较大的几何形状变化,流动方向在此急剧变化会引起流动分离,从而影响了出口流速和流动的稳定性;(4)从流场显示中观察到叶轮与出口导叶片接触端面压力变化剧烈。结论:出口、叶轮内部及与其与出口导叶片连接部分、出口导叶片内部流场不稳定容易形成涡流和流动停滞,容易形成血栓;叶轮与出口导叶片连接端面以及叶轮内部剪切力较高,容易产生溶血。

植入式左心辅助装置

到九十年代以后，非植入式左心辅助装置已逐渐发展成为植入式，且气能驱动已由电能驱动所代替。本文简介了左心辅助装置的发展状况，主要介绍了植入式左心辅助装置的结构及特点、材料及其处理、植入方式和目前存在的问题。

生物医学工程专业研究生培养中的文献追踪

文献追踪是在读研究生全面了解国内外相关领域研究现状和前沿的重要途径。生物医学工程是一门跨多学科的新型边缘学科,快速提高该领域学生的文献追踪能力是培养研究生科研能力和创新能力的重要任务之一。结合本学科研究生培养中的教学实践,本文总结了一套切实可行的文献追踪和阅读的教学模式,主要包括文献选择、文献追踪顺序、文献阅读技巧和文献管理模式等,希望对本学科研究生快速提高文献阅读水平及全方位了解学科发展动态提供帮助。

Ⅰ型血泵的设计、加工及其血液动力学性能的体外实验研究

本文中,为了使血泵满足体积微型、能植入于体内,且操作简单的要求,设计、加工一体积较小、可连接左心房和升主动脉的微型离心式血泵。经模拟实验测试,离心泵性能良好,基本满足当初设计的适合临床生理需要的流量、压力要求。同时模拟实验的成功,为以后血泵的完善、动物实验及临床上的使用提供了实验依据。

五种叶轮血泵体外溶血试验的研究

血泵的标准溶血指数反映了它对血液的破坏程度 ,是衡量血泵性能的一个重要指标。选用 I型离心、II型轴流、磁耦合、I型和 II型螺旋混流 5种叶轮血泵 ,用新鲜抗凝羊血 5 0 0 m l,平均压力 10 0 mm Hg,流量 5 L/ m in,在转泵 0、0 .5、1.0… 4.0 h后 ,测量血浆游离血红蛋白含量和血泵出口处的表面温度 ,计算标准溶血指数。结果表明 ,5种血泵的转速、温度变化与溶血指数是没有直接关系的 ,由结构形成的运动流场是对血液造成破坏的主要原因。本文对 5种血泵的温度变化。

ChinaHeart左心辅助装置的动物在体存活实验

验证磁悬浮离心式左心辅助装置—ChinaHeart VAD的在体血液相容性和可靠性,评估其对实验动物主要终末器官的影响。通过6例健康绵羊的在体存活实验进行评估。在心脏不停跳的情况下,装置入口插入左心尖,出口与降主动脉吻合。术前和术后做血常规、生化及血凝检查,术后连续监测动物存活及辅助装置运行状况。择期动物安乐死后,进行终末主要脏器的宏观和病理学检查。4只羊术后3～28 h内因麻醉或手术意外死亡;2只羊成功复苏并分别辅助20 d和38 d后施行安乐死。对于成功存活的2例实验动物,术后护理期间血常规、生化和血凝检查结果均在正常范围内,辅助装置无机械故障发生。尸检时1只羊(存活20 d)血泵泵体内发现一肉眼可见小块血栓沉积,其余无血栓形成;组织病理检查发现2只羊左肺贴近辅助装置部位均可见有小叶性肺炎,其余终末脏器无明显病变发生。ChinaHeart VAD在体辅助期间血液相容性能良好,对各主要终末脏器无显著影响,具有较好的可靠性;动物存活实验中麻醉呼吸管理和手术操作也至关重要。

脉搏波波形特征信息检测及与部分血流动力学变化相关分析

目的引入特征点——收缩期与舒张期分界点,提出脉搏波波形周期面积特征,讨论脉搏波波形周期面积特征量与血流动力学参数的相关关系。方法选择笔者所在医院门诊病人424例,采集桡动脉脉搏波信号,分析其波形周期面积特征(收缩期面积特征量K1和舒张期面积特征量K2)与血流动力学参数[心输出量(CO)、血流阻力(TPR)和血液黏度(V)]的相关性。结果脉压差与K1高度正相关(P<0.01),与K2高度负相关(P<0.01),与K1/K2高度正相关(P<0.01)。年龄与K1高度正相关(P<0.01),与K2高度负相关(P<0.01),与K1/K2高度正相关(P<0.01)。K1与CO高度负相关(P<0.01),K2与CO负相关(P<0.05),K1/K2与CO无明显相关。K1、K2分别与TPR高度正相关(P<0.01),K1/K2与TPR无明显相关。K1、K2分别与V高度正相关(P<0.01),K1/K2与V高度负相关(P<0.01)。结论试验表明,脉搏波波形周期面积特征量代表人体心血管系统中最为重要的一些生理参数如血管外周阻力、血液黏性等的变化。

纳米碳改性聚氨酯复合材料的表面抗凝血性能

研究纳米碳改性聚氨酯复合材料表面的血液相容性。将经过表面处理的纳米碳分散到聚氨酯体系中 ,制成聚氨酯 纳米碳复合薄膜。通过血小板荧光标记人全血灌注实验和羊全血体外循环等实验 ,观察和测定血小板在材料表面的粘附作用以及血液中血红蛋白浓度、纤维蛋白原浓度的变化 ,探讨纳米碳对聚氨酯抗凝血性能的影响。实验结果显示聚氨酯 纳米碳表面血小板的粘附明显低于单纯聚氨酯对照组 ;体外循环 4h后 ,血液中血红蛋白浓度、纤维蛋白原浓度的变化程度减小。表明纳米碳与聚氨酯的复合可以提高材料的血液相容性。