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。

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。

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。

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。

鼾症动物模型的建立及其气管力学重建的实验研究

目的建立阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)动物模型,研究咽腔力学环境改变对气管力学特性的影响。方法利用低压舱饲养小型猪获得OSAHS动物模型,测量其气管无载荷、零应力状态的几何尺寸及不同轴向伸长比下的压力(p)—容积(V)关系。进一步计算得到气管的零压顺应性,并与正常对照组比较。结果模型猪出现了明显的类OSAHS表现。与正常对照组相比,模型猪气管无载荷、零应力状态几何尺寸增大,不同伸长比下的零压顺应性增大;模型猪气管黏膜组织的超微结构发生了明显改变。结论提出的建立OSAHS动物模型的方法具有可行性,模型猪气管的形态与结构及力学特性均发生了重建。

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...

上气道低阻力鼾症模型猪咽组织的生物力学重建

目的:研究上气道低阻力咽腔力学环境改变对咽部软组织(悬雍垂、软腭和鼻咽腔)形态及力学特性的影响。方法:用小型猪建立上气道低阻力动物模型来模拟阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAHS)症状,对动物模型的咽组织(包括鼻咽腔软组织、软腭和悬雍垂)进行单轴拉伸实验,离体检测各部分的弹性,并和正常情形进行对比。同时使用电镜观察低阻力给气道造成的组织学改变。结果:与对照组相比,模型组小型猪的悬雍垂、软腭力学特性发生显著改变,在相同的张应力作用下,模型猪的悬雍垂、软腭更容易拉长。电镜观察表明:低阻力咽腔力学环境造成模型组悬雍垂、软腭纤维组织增生,炎症细胞浸润。结论:上气道低阻力形成类似于OSAHS症状的咽腔力学环境改变,可以引起包括软腭和悬雍垂在内的咽部软组织发生易于OSAHS形成和发展的重建。

计算流体动力学在叶轮式心脏泵中的应用研究

造成溶血、血栓等血液破坏现象的内在原因之一是血液的动力学行为。研究表明,不规则的流动模式尤其是切变流中产生的机械切应力直接导致血液的破坏。计算机技术的迅速发展使得微观动力学的数值模拟成为可能。本文针对基于流线型设计的叶轮心脏泵和直叶片叶轮心脏泵,应用计算流体动力学对其内部的流动行为进行了数值模拟。分析两种心脏泵的内流场和切应力分布,认为在相同的边界条件下,流线型设计的叶轮心脏泵要比直叶片心脏泵更符合血液动力学的要求,对血液的破坏较小。

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。

泵机合一的叶轮式人工心脏研究进展

作者研制的左心室辅助叶轮血泵已经能够稳定地维持动物血液循环 2个月 ,但轴承磨损后叶轮振动引起溶血 ,以及轴承机械摩擦生热产生血栓等问题 ,仍有待解决 作者最新研制的泵机合一的新颖心脏泵 ,采用陶瓷轴承并在轴承内通过输液的方法 ,解决了上述问题 此外 ,新装置将有刷马达磁偶合驱动改进为无刷马达直接驱动 ,将霍尔元件控制改为无位置传感器控制 ,以及用数控线切割机加工叶轮等 ,大大提高了整个系统的驱动控制性能和加工精度 ,泵的使用寿命有望提高到

耐久性及永久性叶轮血泵研究的新进展

为了提高血泵的使用寿命 ,笔者首先研制出一种具有滚动轴承和洗刷系统的耐久性血泵 ,这种滚动轴承采用耐磨性极好的超高分子量聚乙烯材料做滚子 ,能使血泵工作数年以上 ,而洗刷系统通过输液能使轴承一直在生理盐水和肝素中工作 ,也就不会生成血栓 在此设计基础上 ,作者发展了叶轮转子能够作轴向颤动的耐久性血泵 ,转子的轴向颤动使新鲜的血液在血泵的每个搏动周期进出轴承并洗刷转子 ,轴承内也就不会生成血栓 ,同时也避免了生理盐水注射的不便 ,提高了受体的舒适度和生活品质 最后 ,笔者在永磁磁浮叶轮血泵的研制方面取得了突破 ,血泵转子在永磁磁力和非磁力共同作用下 ,能够悬浮在血液中工作 ,无需位置测量和反馈控制 这种可植入的 ,能产生搏动流并具有良好血液相容性的耐久性叶轮血泵将比以往各种血泵具有更好的应用前途 。

应用神经网络检测叶轮式人工心脏输出流量的可行性研究

简介人工心脏输出流量的几种测量方法 ,并针对叶轮式人工心脏 ,提出应用神经网络进行检测的方法。根据实验结果 。

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.

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。

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。

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。

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。