永久性叶轮式左心室辅助装置的研究(英文)

背景:绝大多数研究者都采用电磁轴承来实现叶轮血泵转子的悬浮,同时会带来一系列新的问题,比如装置的结构和控制更加复杂,消耗控制电能,增加了装置的体积和重量。目的:采用永磁轴承和液膜轴承设计无源磁悬浮心室辅助装置,并与电磁磁悬浮方法设计的心室辅助装置进行比较。方法:装置由径向驱动,仅包含一个定子和一个转子。转子由驱动磁钢和叶轮组成;电机线圈和泵壳组成定子。在装置的两端安装两付永磁轴承,为转子提供轴向悬浮力。同时,通过机械设计方法在血泵内部形成液膜轴承,产生径向的液膜动压力使转子在工作转速条件下能够径向悬浮。结果:装置重200g,直径40mm。转子的位置测量实验表明,当血泵的转子转速超过3250r/min、流量大于1L/min时转子能够悬浮起来;装置的血动力学试验表明,转子转速达到3500～4000r/min时,血泵输出流量可达4～6L/min,压力达到100mmHg,可以满足临床心室辅助的要求。结论:采用永磁轴承和液膜轴承设计永久性心室辅助装置的思路是可行的,装置不仅可以输出符合心室辅助要求的流量和压力,而且装置的设计比电磁磁浮血泵更加简洁、不需要人为控制,而且体积小、质量轻,提高了可植入性。

美国泵系统节能教育行动计划(PSM)及启示

泵系统的节能在整个国民经济节能工作中占有重要地位。加强泵系统节能工作的教育和宣传是做好泵系统节能工作的前提。近年来,美国水力协会(Hydraulic Institute,又译"水力学会")联合广大企业、政府和非政府组织在开展泵系统节能工作方面做了许多工作,"泵系统节能教育行动计划"(PSM)是其中的关键举措。本文综述美国泵系统节能教育行动计划的背景、组织、目标、计划和取得的主要进展,并联系当前我国泵系统的节能工作进行了思考,提出几点建议。

人工心脏叶轮血泵流线型叶片 CAD 与 CAM

根据流线型叶片的解析表达式编制叶片图形的数据文件，在ＡｕｔｏＣＡＤ环境下编制ＡｕｔｏＬＩＳＰ程序访问此数据文件作出叶片图形，采用圆弧拟合叶片曲线方法编制数字程序并线切割加工血泵叶轮．

叶轮式人工心脏血泵流线型叶片的CAD与CAM

根据流线型叶片的解析表达式编制联系图形数据文件与图形编辑文件的接口程序作图 ,绘制叶片图形 ,采用圆弧拟合方法编制数字程序并线切割加工血泵叶轮 ,收到高效率、高精度、无污染等效果。

稀土表面工程技术在泵行业的应用前景展望

综述了在泵行业应用比较广泛的5种表面工程技术:堆焊技术、喷焊技术、激光表面处理技术、化学热处理技术和化学镀技术,以及近年来国内将稀土用于这5种表面工程技术的最新研究进展。研究成果表明,稀土元素的加入可以使现有的表面工程技术进一步提高表面质量,从而可以大大延长泵及其零部件的使用寿命。稀土表面工程技术目前方兴未艾,初步的产业化工作表明其经济效益非常显著。鉴于我国稀土资源非常丰富,相关科研机构众多,同时考虑到当前我国泵行业节能、节材的迫切需求,因此,在泵行业及早开展系统的应用研究不仅是非常必要的,而且是可行的。

永磁减载耐久性叶轮血泵的研制

为了延长血泵使用寿命 ,目前除了电磁磁浮还没有更好的解决办法 ,但是电磁磁浮需要位置检测和反馈控制 ,而且增加能耗、可靠性差 ,因此提出了永磁减载的新方法。介绍了一种新颖的永磁轴承 ,它具有径向支承和轴向弹簧的双重作用。在血泵驱动电机的两端安装两个永磁轴承 ,既可以为转子提供径向减载 ,又可以使转子轴向悬浮。为了减小定子与转子之间的摩擦 ,除了提高轴承的径向支承力以外 ,还要减小定子铁心对转子磁钢的径向吸引力 ,解决的办法是适当减小铁心和转子磁钢的用量 ,同时增大定子与转子间的气隙。通过实验研究转子磁钢参数和气隙的变化对电机效率的影响 ,可以确定转子磁钢的尺寸和气隙值 ,从而使电机保持高效率运转 ,同时又实现了永磁减载。通过永磁减载方法设计的耐久性叶轮血泵已连续稳定运转八个月 ,振动小 ,噪音低 。

旋流泵无叶腔内部流场数值模拟

简要介绍了旋流泵国内外的研究历史和现状。对型号为WQX20-16-2.2的旋流泵内部流道进行了三维造型,应用非结构化网格生成技术,首次把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体,对其内部三维不可压湍流场进行数值模拟。采用工程实际中广泛应用的湍流模型即基于雷诺时均方程和双方程湍流模型,用SIMPLE算法来求解,给出了旋流泵无叶腔内部速度和压力分布图,并对计算结果进行了分析和研究。结果表明了旋流泵无叶腔内部流动确实存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,不仅验证了前人提出的流动模型的正确性,而且为今后进一步改进和完善旋流泵设计理论提供了一定的依据。

无源磁浮叶轮血泵的溶血实验及其指标的测定

溶血问题是叶轮血泵首先要解决的问题 ,而溶血指标是衡量血泵性能的重要参数之一 作者根据红细胞的再生机理 ,对溶血指标进行了理论估算 ,并且针对江苏大学生物医学工程研究所新研制的无源磁浮叶轮血泵 ,运用血动力模拟循环实验台进行了溶血实验 ,测出其溶血指标为 0 .0 5 ,低于允许值 0 .

轴向驱动永磁磁浮离心血泵的试制型装置

试制成三个轴向驱动永磁磁浮离心泵的模型装置.第一个模型使用一个直流电机,用磁耦合方法驱动血泵;第二个模型以一个电机线圈代替直流电机,由线圈产生的旋转磁场驱动血泵,这种装置的长度从120mm减小到70mm;第三个模型用于动物试验,将第二个模型装置的外径从45mm缩小至30mm,而电机驱动及泵血功能不变.在所有的试验模型装置中,转子均由永磁轴承支承,与定子无机械接触,叶轮均采用直线型方法设计,因此泵的扬程—流量曲线是直线形状,这表明泵内没有机械摩擦损失,也没有紊流损失.

人工心脏输出流量和压力的神经网络估算法

人工心脏的输出流量和压力是血泵设计及运行的重要特性参数 ,其测量精度和方法直接关系到人工心脏在动物实验及临床中的实际应用效果。本文提出了一种新的测量方法 ,即用神经网络从叶轮式人工心脏电机驱动参数换算血泵的流量和压力。与传统的测量方法相比 ,本方法具有如下特点 :(1)无创性 ,不会对血液造成破坏 ,同时减少了感染机会。 (2 )结构简单 ,省去了流量计和压力计 ,便于人工心脏完全植入体内。

应用CFD研究叶轮设计对人工心脏泵内流场的影响

溶血是叶轮血泵常见的一种血液破坏现象,而造成这种现象的内在原因是血液的动力学行为。本研究针对基于流线型设计的叶轮血泵和一种直叶片血泵,应用CFD对其内部流场进行了数值模拟,并通过溶血实验对结果进行了验证。研究结果表明,流线型叶轮血泵内的流动模式符合流线型设计理论,与直叶片叶轮血泵相比,它的溶血较小,更符合血液动力学要求。可以认为,在相同的边界条件下,流线型叶轮血泵具有更好的血液相容性,不容易造成血液破坏。

基于CFD的离心式人工心脏泵的溶血预测方法

溶血的定量评价对于人工心脏泵的设计和研究十分重要。本研究应用CFD(computational fluid dynamics)技术,针对两种叶轮设计的离心血泵进行了数值模拟,计算得到了其内部的流线分布。根据溶血、切应力和暴露时间三者之间的幂函数模型,对血泵的溶血进行了预测。最后,用溶血实验结果进行了验证。结果表明,在相同的边界条件下,流线型叶轮泵内的溶血值要小于直叶片叶轮泵,与溶血实验结果一致。可见,应用CFD实现溶血的定量计算是可行的,溶血、切应力和暴露时间之间的幂函数模型能较好地反映血泵的溶血性能。

基于粒子图像测速技术的血泵内流场研究

自制外触发同步系统,应用二维粒子图像测速技术技术(PIV)实现了流线型叶轮血泵和直叶片叶轮血泵的内流场的测量,并分析叶轮设计和运行条件对血泵内流场和血液相容性的影响。实验结果表明:基于外触发同步的PIV系统实现了对血泵同一流道的流速信息的连续采样;血泵内的绝对速度和相对速度分布随着叶轮设计、流量和进出口压差而改变。在设计工况(4 L/min,100 mmHg)下,流线型叶轮血泵流道内的流动模式较为规则,而直叶片血泵的流动模式则出现了明显的旋涡、回流和流动分离等现象。根据血液动力学理论,在设计工况下,流线型叶轮血泵具有较好的血液相容性。

永磁体磁浮叶轮血泵的研制和试验研究

旋转血泵磁浮轴承的定子和转子之间没有机械接触,所以其内部不会发生机械磨损或产生血栓。然而,现有的磁浮轴承均采用电磁铁来实现磁浮,不仅控制复杂,而且自身消耗能量。事实上,叶轮血泵要做到用电磁铁来实现磁浮,势必要影响其装置的简易性、可靠性和可植入性。采用永久磁铁研制出磁浮叶轮血泵。泵的转子径向由永久磁铁磁力支撑,转子的一端紧固叶轮,另一端镶嵌磁钢;与转子磁钢相对,驱动磁钢连接在电动机转轴上。这样,电动机通过磁偶合来驱动转子。在实验室用生理盐水试验,当转子静止或低于4 000r/min旋转时,转子磁钢在轴向与位于转子和定子之间的隔板有一点接触,接触点位于转子的轴线上。当转子转速逐渐增加至4 000r/min以上,转子在轴向与定子脱离,从而实现完全磁浮。由于转子轴向磁浮由液动力产生,且转子磁钢有陀螺效应,所以转子在浮起的过程中运转非常平稳。作为左心室辅助装置,叶轮血泵工作转速范围在5 000～8 000r/min之间,所以实用时转子完全磁浮是不成问题的。永磁体磁浮叶轮泵保持了旋转血泵的优点,而且克服了用电磁铁来实现磁浮的诸多缺点,能够满足人工心脏叶轮血泵应用的大多数技术要求,从而更具实用价值。

人工心脏电动叶轮血泵动物试验及临床试用

研制的叶轮血泵在动物小公牛身上做左心室辅助存活试验，其中三头牛存活约２个月，血液生化检测表明，动物血液成分及器官功能均未有显著改变，在此基础上叶轮血泵被用来抢救一名患法乐氏三联症幼儿，在心脏直视手术后三次脱不开心肺机的情况下，用叶轮血泵作双心室辅助４３小时，血泵工作始终正常。

采用永磁悬浮的永久性左心室辅助装置

研制出一台采用永磁轴承的左心室辅助装置(LVAD)。该装置包括一个定子和一个转子,采用径向驱动方式;转子包括驱动磁钢和叶轮,电机定子线圈和泵壳组成定子。装置设计采用了一种特殊结构的永磁轴承。转子的位置测量表明,转子稳定悬浮的前提条件是必须有较高的转速(大于3250r/min)且流量大于1L/min。用猪血为介质所做的液动力测试表明,当转速达到3500r/min^4000r/min时,血泵输出流量达到4L/min^6L/min,输出压力达到100mmHg。该装置重200g,最大处直径为40mm。

陀螺效应使永磁悬浮心脏泵稳定平衡

为使人工心脏泵可以永久使用,作者研制出一种仅采用永磁轴承实现磁悬浮的离心泵。其保留了电磁悬浮泵的优点,又避免其不足之处。然而,传统理论认为永磁悬浮是不可能稳定平衡的。作者利用陀螺效应解决了此问题。径向驱动的离心泵包括一个转子和一个定子。转子由驱动磁钢和叶轮组成;定子由电机线圈和泵壳构成。两个永磁轴承抵消电机线圈铁心与转子驱动磁钢之间的吸引力。生理盐水试验表明,当血泵转速超过3250转/分、流量大于1升/分时,转子可以在定子中悬浮起来。高转速是达到陀螺效应的条件,大流量是良好水动力性能的前提。

叶轮设计对叶轮式人工心脏溶血性能的影响

为了评价人工心脏的叶轮设计对血泵溶血性能的影响 ,笔者设计加工了叶片角和叶片数分别为(2 0° ,6 )、(30° ,6 )、(40° ,6 )、(30°,5 )和 (30°,7)的五个对数螺线等角叶轮 ,并基于不同扬程和流量下的体外溶血试验 ,探讨了叶轮设计参数与血泵溶血性能之间的相关性 ,从而系统地评价血泵各设计及运行参数对溶血破坏的影响 ,获取了血泵最佳设计参数及运行工况点等重要数据。实验结果表明 :血泵采用叶片角为 30°的六叶叶片 ,进出口压力差 10 0mmHg ,流量 4L/min时 ,其对血细胞破坏最小。

人工心脏血泵驱动电机的控制研究

本文介绍了一种新颖的泵机合一结构的人工心脏叶轮血泵驱动电机的控制系统设计。该控制系统取消位置传感器 ,采用反电势进行位置检测控制 ,结果使血泵可靠性提高 ,性能改善 ,长度缩短 ,连接线减少 ,更适合于临床应用。