磁液悬浮离心血泵左心室辅助植入实验麻醉的探讨

目的:通过分析实验动物的成活率与麻醉相关的死亡率,探讨合适的改进措施及合适的大动物麻醉方法。方法:回顾2010年8月—2018年1月在泰达国际心血管病医院实验动物中心实施的磁液悬浮离心血泵左心室辅助装置植入36只小尾寒羊的实验,统计实验羊6 h拔管率与麻醉相关的死亡率,通过尸检组织学病理特征分析麻醉相关死亡原因。结果:回顾分3个阶段,2010年8月—2013年8月,共16只羊完成麻醉,其中1只羊麻醉采血,15只羊实施了左心室辅助装置植入实验,长期成活2只,麻醉相关死亡8只,6 h拔管率13%,麻醉相关死亡率50%;2014年11月—2015年3月,共8只羊完成左心室辅助装置植入实验,麻醉相关死亡3只,通过改进麻醉方案,麻醉相关死亡率降低至38%,术后6 h拔管率43%,长期带泵存活3只;2017年10月—2018年1月,共12只羊完成左心室辅助装置植入实验,继续优化麻醉策略,无麻醉相关死亡,术后6 h拔管率83%,8只羊术后顺利恢复无并发症,6只存活达到了研究设定的90 d。结论:通过改进麻醉方案,优化麻醉策略,全身麻醉插管,静吸复合麻醉可以提高大动物实验成功率。

叶形仿生优化对离心血泵水力性能及溶血特性的影响

离心血泵的优化对于体外膜肺氧合的临床应用具有重要意义。本研究参考座头鲸在深海中作原地转身运动时其鳍状肢的流线形,重新设计血泵的叶片。采用计算流体动力学对血泵性能进行预测和评估;通过水力试验来验证数值计算的准确性;溶血预测模型采用渐进一致数值近似方法。仿真结果表明,叶片尾缘形状对出口隔舌处的流场分布和该区域的壁面剪应力分布均有显著影响;当叶片尾缘达到一定扭转角度时,叶片结构能较好地适应泵内的流场环境,但当扭转角度不足时,流场扰动反而会增大。与原模型相比,扭转角为20°的模型在转速为2500 rpm、流量为5 L/min的工况下,扬程试验结果增加11.6%,水力效率提升3.1%,溶血指数下降40.1%。总的来说,具有一定扭转角度的仿生叶片尾缘结构可以提高半开放式离心血泵的性能。

用于心肺脑复苏(CPCR)的离心血泵的优化设计

提出了心肺脑复苏（Cardiopulmonarycerebralresuscitation，CPCR）机中重要部件──离心血泵的要求，对现有不同血系进行比较与分析，提出初步的优化方案，给出了心肺复苏用泵的优化结构，并在此基础上对自行设计研制的泵的性能进行了测试，初步实验结果表明该泵的性能良好，其水力学性能满足心肺脑复苏机的需要。

磁悬浮式带辅助支点离心血泵的可行性研究

提出带一个辅助支点的磁悬浮内置电机式离心血泵 ,泵出口采用了全新的设计方法 ,泵进出口及叶轮在一条轴线上 ,使血泵的流体结构较为合理。陶瓷滚珠支承使泵运行更稳定 ,可承受更大的负荷 ,且陶瓷在血液中不会被腐蚀 ,和血液相容性较好。在此基础上对血泵性能进行了测试 ,初步实验表明该泵的性能良好 。

磁液悬浮离心血泵的流场数值模拟及其优化设计

磁液悬浮离心式人工血泵要求运行平稳、工作可靠,但实验发现扬程与效率值偏低,并观察到叶轮存在一定的失稳现象。为探究其原因,该文采用SIMPLE压力校正算法和标准k-ε湍流模型对存在失稳现象的磁液悬浮离心式人工血泵进行了非定常数值模拟。通过分析叶轮内部流场,提出三种叶轮优化方案并进行数值模拟验证。模拟结果显示:叶轮流道扭转20°可使扬程和效率分别提高8%和5%,出口倒斜角40°可使径向力减少22%。

流量与叶片出口宽度对离心血泵溶血性能的影响

背景:溶血现象是人工心脏泵设计与研发历程中的一个重要问题,溶血的产生与血细胞在泵内运动时所受剪切力和在泵内的运动时间有关。目的:分析离心血泵不同运行参数及不同结构参数与血细胞在泵内所受剪切力之间的关系。方法:根据速度系数法设计离心血泵的基本结构;分别利用CFturbo、ANSYS ICEM与FLUENT软件建立血泵的三维模型,网格划分与流场模拟,以此研究出最佳的网格划分方法;再根据数值模拟的结果对叶轮出口直径进行修正,最终得到符合人体心脏所需的人工心脏泵。以降低血细胞在心脏泵中所受切应力和运动时间为目的,对离心式人工心脏泵结构参数叶轮入口流量Q(2,3,4,5,6,7L/min)、运行参数叶片出口宽度b2(2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5 mm)进行优化设计与分析比较,以期降低溶血现象发生的概率。结果与结论:(1)随着流量的增加,血细胞在血泵内受到的切应力逐渐增加,运动时间逐渐减少。随着流量的增加,血泵内的标准溶血值逐渐减小,血细胞在血泵内受到的损伤越小;当流量取7 L/min时,血泵内标准溶血值最低;(2)随着叶片出口宽度的增大,血液在泵内所受的切应力总体呈下降趋势,血液在泵内的运动时间总体呈现增加趋势;当叶片出口宽度在2.0-2.5 mm范围内,随着叶片出口宽度的增加,血泵内的标准溶血值逐渐减小,血细胞在血泵内受到的损伤越小,当叶片出口宽度为2.5 mm左右时血泵内溶血值最低。

撤机对离心血泵血液相容性影响的数值研究

采用非定常数值模拟方法系统评估某离心血泵原型与改型在4个撤机阶段的血流动力学特性和血液相容性。对速度、湍动能、叶表压力的分布规律及不同撤机阶段的血液损伤进行研究,并对各监测点的压力脉动进行分析。研究结果表明:在降低心脏泵流量和供压的第1阶段(撤机阶段Ⅰ),原型和改型均有较好的血液相容性,满足抗溶血和抗血栓的性能要求,间隙泄漏涡是造成溶血主要的流动特征;随着撤机的进行,间隙泄漏涡强度明显减弱,溶血值呈显著的下降趋势,其脉动幅度也大大降低,改型的溶血值比原型减少30%以上;各监测点压力频谱呈现典型的离散特征,相较于原型,改型的转静干涉作用更加强烈,对血泵的电磁控制技术提出更高的要求。

离心血泵两相流仿真分析

应用计算流体动力学分析软件,对离心血泵进行两相流数值模拟,分析离心血泵内部红细胞的分布规律及流场流动特性。搭建离心血泵测试平台,在相同工况下测试流体动力特性,并与仿真结果进行对比。结果表明,1800 r/min工况时,离心血泵测试所得流量和扬程与仿真结果吻合。离心血泵内部整体流动状况良好,流量和扬程均能够满足人体生理需求。离心血泵内部血细胞非均匀分布,体积分数在叶轮区呈现一定幅度的变化。离心血泵内部剪切应力小于150 Pa的区域占总区域的比例约为94.75%,高剪切应力主要集中于叶轮边缘处。

叶片数及分流叶片对ECMO离心血泵水力性能和溶血性能的影响研究

目的探讨叶片数及分流叶片偏置度对ECMO离心血泵水力性能和溶血性能的影响。方法采用Maquet的Rotaflow pump,在其临床支持条件下(转速4000 r/min,流量5 L/min),对叶片数量进行改变,形成7组不同叶片数的叶轮。同时引入分流叶片,形成长短交错分布的叶片布局形式,并改变分流叶片相对于长叶片吸力面的位置。利用数值模拟(CFD)的方法探讨叶片数和分流叶片偏置度对离心血泵水力性能和溶血性能的影响。

基于正交实验的磁悬浮离心血泵优化设计研究

目的现代离心血泵通常设计有二次流道,以此来避免流动死区并降低血栓形成的风险。由于二次流道的存在,高心血泵中二次流和淄流的强度一般都较高:传统的泵设计理论对带有二次流道的血泵将不再适用。对于这类血泵而言,通常不存在设计变量和主要水力学参数之间的经验关系。通过改变主要设计变量,优化带有二次流道的离心磁悬浮血液泵的水力学和溶血性能,重点是降低湍流和二次流动的强度。方法以前期课题组研发的离心式臌悬浮血泵为基础。

SRF方法与滑移网格方法对离心血泵流场的数值模拟研究

目的使用计算流体力学数值模拟离心血泵内的流场,对计算结果和实验结果进行对比,评估计算方法的可靠性。方法以美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)提供的血泵标模进行数值仿真,针对2号工况(转子转速3500 r/min,入口体积流量2.5 L/min),分别用SRF旋转参考坐标系方法和滑移网格方法进行定常和非定常流动的数值模拟,将计算结果与FDA通过粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)获得的流场数据进行比对,探究数据可信度。

便携式体外离心血泵的设计及性能评估研究

目的人工心脏(又称血泵)作为挽救患者生命的医疗装置,须尽可能地小和轻,不妨碍病人进行日常生活和运动。目前可穿戴式血泵系统往往关注生理控制、无线传能或远程监控等技术领域,而在血泵本身的结构设计过程中尚未考虑其可穿戴性.现有的体外血泵绝大部分为离心式血泵,进出口管道相互垂直,显著增加了管道的长度和占用空间,不利于穿戴。本研究的目的在于增强血泵的可穿戴性。方法在前期课题组研发的离心式做悬浮血泵基础上,设计一种便携式体外离心血泵。

磁液双悬浮离心血泵左心辅助的动物实验

目的：检测左心辅助羊应用磁液双悬浮离心血泵和控制器的各项性能。方法在全麻、非体外循环、心脏跳动下，将血泵流出端人工血管吻合于降主动脉，左心尖植入血泵流入端，建立左心辅助实验模型，记录术前术后血液、生化和血泵的各项指标。共完成11只左心辅助羊的动物实验。结果11只左心辅助羊，心室颤动死亡3例，急性肺水肿死亡1例；左室血栓及左室碎肉至血泵停止工作5例；1例血泵左心辅助59 h，因血泵电流逐渐增高人为停泵，羊存活75 d，死于感染；1例术后应用华法林抗凝，血泵正常工作，辅助流量3.0～3.4 L/min，血液、生化及尿液各项指标基本正常，游离血红蛋白3.3～44.3 mg/L，可携带控制器和锂电池自由行走。因血泵流入管道向左室前壁移位损伤室壁，致心肌组织入泵，血泵停止转动，辅助羊健康存活120 d。分解血泵未见血栓。结论磁液双悬浮血泵和控制器性能良好，辅助满意，各项生理指标基本正常，初步达到了临床前应用水平。

血液灌注量和破坏指标约束下的无叶片离心血泵结构优选方法的研究

本文主要探索无叶片离心血泵的结构优选方法。根据临床使用要求确定优选目标;由无叶片离心血泵的结构特点制订优选方案集合;以灌注量和血液破坏程度为指标,经过两轮优选出最佳结构血泵。数值仿真结果表明可以满足设计要求,即体外循环对灌注量(压力0～380mm Hg,流量0～8L/min)、血液剪切破坏(叶轮表面剪切力不超过200Pa)和撞击破坏的要求。该结构优选方法可以快速地在方案集合中确定最佳结构方案。

体外循环用离心血泵磁力联轴器的磁场数值计算与分析

体外循环用离心血泵的驱动系统,其核心为圆盘形磁力联轴器。圆盘形磁力联轴器的结构参数关系到传递磁转矩的能力,因此需要对圆盘形磁力联轴器的永磁体磁极数(n)、气隙长度(Lg)、永磁体厚度(Lm)、永磁体内径(Ri)及外径(Ro)等参数进行深入研究。本文采用Ansys三维静态磁场棱边单元法进行数值计算,分析磁力联轴器各个参数与传递磁转矩的关系,为圆盘形磁力联轴器的进一步优化提供了理论依据和计算方法。

基于自整定模糊PI算法的磁耦合离心血泵控制研究

本文研究和设计了磁耦合离心血泵的控制系统,简要介绍了磁耦合离心血泵的结构和原理,分析了人体体循环模型。血泵性能的优劣不仅和结构材料有关,控制算法也对其有很大的影响。针对无刷直流电机,研究了电机电流双闭环控制算法;为了在不同的工作状态下算法能够自适应参数的变化,采用了自整定模糊PI控制算法,给出了模糊规则的设计方法。利用Matlab Simulink组件仿真电机控制系统检验算法的性能,并简要介绍了算法在硬件系统上的实现方法。最后搭建硬件平台进行实验,证明了自整定模糊PI控制算法能大大改善血泵的动态和稳态性能,实现了电机转速和血泵流量的稳定和可调。

磁液悬浮式离心血泵的性能仿真分析与实验研究

本文提出一种新型的磁液悬浮式离心血泵,对该产品的基本结构和工作原理进行了介绍。通过流场仿真软件Ansys CFX对血泵内部流场进行仿真分析,借助实验方法对仿真结论进行验证,为磁液悬浮式离心血泵的设计及改进提出了理论依据。现阶段,该产品的研制已取得很大进展。

磁液悬浮式离心血泵实验研究

磁液悬浮式离心血泵是第三代人工辅助心脏系统的核心部件,血泵的好坏直接影响到整个系统的工作性能。本文针对一种新型磁液悬浮式离心血泵开展血泵性能测试的实验研究,通过设计实验系统测试获得血泵各项性能参数,并对此种新型血泵的综合性能进行评价,为新型磁液悬浮式离心血泵的研制工作提供实验依据。

基于快速溶血预估模型的离心血泵叶轮特性数值分析

离心血泵叶轮形态是决定其内部流场剪切应力致血液细胞损伤的重要因素之一。对具有不同叶轮形态的离心血泵进行流体动力分析及数值溶血预估有助于提高血泵的综合性能。本文采用低雷诺数修正SSTκ-ω湍流模型,对四种不同叶轮形态的离心血泵内部流场进行计算,包括压力场、速度场以及剪切应力场分布等;并运用快速溶血预估模型计算各血泵的标准溶血参数值(NIH)。分析结果表明,虽然四种血泵的压力场分布均符合要求,但对数螺旋线叶轮血泵流道中的涡流和回流得到了明显改善,高剪切应力区域体积只占总体积的0.004%,NIH为0.0089,对血液细胞破坏最小。

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。