一种新颖的磁力弹簧及其弹性

研制了一种磁力弹簧，它由直径大小不同的两个磁环同轴同向排列，其中一环固定，另一环可轴向滑动，组成磁力弹簧。在磁场作用下，两环自动保持一定的轴向间隙，任何外力作用下此间隙的改变会产生一个恢复力，即弹力。与机械弹簧相比较，磁力弹簧不仅节省金属材料，而且具有稳定性好及振动噪声小等优点。弹性分析显示，磁力弹簧的弹力随位移变化的线性相当好，弹性大小和可压缩位移取决于大、小磁环的直径及两者之差和磁环的轴向高度。

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.

离心型人工心脏电动叶轮血泵的左心室辅助动物长期存活试验研究

自制离心型人工心脏电动叶轮血泵在１８头小公牛身上行左心室辅助存活试验，其中有三头实验牛分别存活６２、５４、４６ｄ，试验期动物血液参数和器官功能无明显变化，证明该装置的血液相容性已经达到设计要求，动物死亡或实验终结，均由血泵内轴承磨损引起。因此，研制磁力轴承替代机械轴承，以避免机械磨损，是实现离心型人工心脏电动叶轮血泵突破性进展的关键。

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。

体循环系统建模与仿真

根据流体网络与电气网络的等效关系,用电流表示血液的流动,用电阻表示血液流动的黏滞阻力,用电容表示血管的顺应性,用电感表示血流的惯性.采用1个时变电容和1个心肌电阻模拟左心室,建立了改进型五阶集总参数体循环系统电路模型.根据人体实际生理状况和临床数据制定模型参数,仿真健康心脏、不同部位病变导致的衰竭心脏的血流动力学特性,探讨了衰竭心脏的仿生控制机理,验证了所建模型的可行性.根据基础电路法列写状态方程,应用MATLAB软件进行仿真.结果表明:改进的左心室模型能全面地反映心脏的工作机理和功能,可以模拟健康状态血液动力学特性,通过改变参数又可以模拟因左心室弹性变化、外周阻力变化、心肌阻抗特性变化分别导致心衰的血流动力学特性.

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。

无源磁浮人工心脏泵的改进型设计

磁力轴承没有机械接触 ,机械旋转泵应用磁力轴承后就可以解决机械磨损及轴承处产生血栓的问题。但是 ,国外使用的磁力轴承均是电磁铁加位置测量及反馈控制 ,不仅结构复杂、体积大 ,而且消耗附加电能 ,整个系统的可靠性也差。作者探索用永久磁铁制作磁力轴承 ,研制成改进型无源磁浮叶轮泵。泵的转子径向由永磁体磁力支承 ,转子的一端紧固着叶轮 ,另一端镶嵌磁钢 ;与转子磁钢相对 ,驱动电机线圈产生旋转磁场 ,驱动转子旋转。在实验室用生理盐水试验 ,当转子静止或低于 40 0 0 rpm旋转时 ,转子磁钢在轴向同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 40 0 0 rpm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。当用作左心室辅助装置时 ,叶轮血泵工作转速范围在 5 0 0 0～ 80 0 0 rpm之间 ,所以实用时转子完全磁浮是不成问题的。无源磁浮技术是对 Earnshaw理论 ( 1842 )及 Braunbeck推论 ( 193 9)的重大补充 。

一种新颖的永磁轴承及其在叶轮全人工心脏设计中的应用

研制了一种新颖的永磁轴承,由两个大小不同、充磁方向相同的同心磁环组成。将这种永磁轴承应用于叶轮式全人工心脏的结构设计,现已完成了样机制作和初步测试。耐久性试验已经持续14个月(进行中),血泵流量和压力没有任何变化,电机驱动参数如电压、电流及转速也没有任何变化,表明泵内没有机械磨损。

永磁磁浮叶轮在血泵内的偏心距测量及分析

为了消除叶轮血泵内的机械磨损、延长血泵的使用寿命,采用了永磁磁浮技术,并利用自制测试系统测量永磁磁浮叶轮在血泵内的位置 数据处理结果表明,血泵流量及转速达到一定值后叶轮便能实现悬浮,而且转速越高、流量越大、气隙越小血泵越稳定,即旋转叶轮的偏心距及振幅越小 此外。

新型永磁悬浮轴承在透平机及心脏泵中的应用

为验证永磁悬浮轴承在旋转时能否实现转子的稳定悬浮,将自行设计的新型永磁悬浮轴承应用到透平机和离心式心脏泵中,并利用Hall传感器分别测量二者转子旋转时的偏心距,用速度传感器分别测量二者的旋转速度.发现当转速高于某一临界值(透平机为1 800 r.min-1,心脏泵为3 250 r.min-1),透平机和心脏泵的转子偏心距均会明显小于转子和定子的间隙0.15 mm,转子脱离了定子并保持了稳定悬浮.结果表明:高速旋转的悬浮体所具有的陀螺效应能够使永磁悬浮转子稳定平衡;在静止或转速很低的情况下,永磁悬浮转子不能保持稳定的旋转;一旦转速超过某一临界值,它就会获得陀螺效应并借此达到5自由度的稳定悬浮.

无源磁浮流线型螺旋桨的超静音研究

桨机合一的机械结构 ,是将磁钢镶嵌在螺旋桨的叶片上 ,原动机由一个线圈代替 ,产生旋转磁场驱动螺旋桨 ,这样原动机产生的振动和噪声就不会出现。无源磁浮技术是利用永久磁铁的磁性力 ,与液体的非磁性力合理组合 ,共同作用在转子上 ,使转子与定子没有机械接触 ,从而没有机械磨损 ,同时转子的振动也不会传递给舰体。螺旋桨叶片的流线型设计是通过解偏微分方程求流体流过叶片的流面 ,然后根据流面设计叶片 ,使流道内没有液体的冲击和分离 ,噪声也大大减小。采用以上三项创新技术 ,作者试制的功率约 1kW的样机 ,噪音减小至 4

人造心脏泵及心脏瓣膜泵研究

自1995年以来,江苏大学医学工程所先后研制四种不同设计及用途的心脏泵及心脏瓣膜泵,分别在美国德州大学医学院及镇江市第一人民医院先后用于动物试验。最近研制的江大IV号泵是心室内辅助泵,用于急性病人的抢救。

永磁磁浮在心脏泵及其它应用中的稳定平衡

学术界一致公认无源磁浮是不稳定的 ,作者却找到两种实现稳定无源磁浮的方法 其一是引入非磁力 ,单独或者与永磁力一起 ,对浮体至少在一个自由度上产生作用 ;其二是利用浮体运动 (旋转 )的惯量 ,实现至少一个自由度上的稳定平衡 结合这两种方法 ,作者研制成两种不同设计的永磁磁浮心脏泵 。

旋转血泵产生低溶血搏动流的方法

为减少心室辅助装置中叶轮泵输出搏动流对血液成分的破坏作用 ,我们将泵的入口和叶轮外形轮廓设计成锥形 ,研制出博动流轴流泵 ;并设计出扭曲形叶片的叶轮 ,周期性的改变叶轮的转速 ,研制出搏动流离心泵。理论分析和实验表明这两种类型的装置均无明显附加紊流产生 ,也没有对血液成分产生破坏 。

永磁磁浮技术在叶轮式人工心脏的应用

将永磁力跟非磁力相结合实现永磁磁浮 ,研制出永磁磁浮叶轮血泵的样机。当电机转速逐渐增加到4 0 0 0r/min以上时 ,转子在液动力的作用下从接触点与定子相脱离 ,实现完全悬浮。压力和流量之间的关系曲线显示血泵的内部没有机械摩擦和湍流。与采用机械轴承的血泵相比 ,采用永磁磁浮技术的血泵不仅效率高 ,寿命长 ,而且不会产生溶血和血栓。

各种辅助泵对心室功能恢复的影响

应用自制隔膜泵、非搏动流叶轮泵和搏动流叶轮泵，以及临床用的美国Sarns转子泵分别在迷你猪和小公牛身上做左心室或双心室辅助试验，结果显示搏动流泵在自然心脏衰竭时能维持动物主动脉压的搏动特性，从而降低周身循环阻力而增加血液循环流量，而叶轮泵及转子泵因没有解膜返流能提高动物主动脉舒张压，增加自然心脏冠状动脉灌注，因此搏动流叶轮泵对于衰竭心脏功能的恢复，最为有利。

叶轮全人工心脏的双心室辅助急性动物试验研究

叶轮全人工心脏的双心室辅助急性动物试验研究＊钱坤喜郑铭茹伟民（江苏理工大学生物医学工程研究所，镇江２１２０１３）ＡＣＵＴＥＢＩＶＥＮＴＲＩＣＵＬＡＲＡＳＳＩＳＴＩＮＰＩＧＳＷＩＴＨＩＭＰＥＬＬＥＲＴＯＴＡＬＨＥＡＲＴＱｉａｎＫｕｎｘｉ，ＺｈｅｎｇＭｉ...