胶州湾口内海水中叶绿素浓度的周年变化和垂直分布

于1983年11月—1985年11月在胶州湾的两个观测站逐月进行了2周年的海水中叶绿素浓度的定点研究。结果表明，（1）胶州湾口表层海水中的叶绿素a平均浓度为3．05（1．02－15．62）mg／m3；真光层中平均为26．34（9．97－106．59）mg／m2；其季节变化呈春（3—4月）、秋（9—11月）双峰型。（2）小型（＜78μm）的浮游植物平均占海水中叶绿素a的85．76％。（3）叶绿素a／c比在表层海水中平均为2．41，真光层中平均为2．60；叶绿素a／b比和叶绿素a与类胡萝卜素的比值均大于10。（4）春季，叶绿素的最大层出现在0－3m层；夏、秋季，逐渐下移；冬季，上、下层叶绿素a浓度比较均匀。认为胶州湾的浮游植物生物量和初级生产力都很高，可以发展海水养殖业。

胶州湾口内初级生产力的周年定点观测

于1983年11月-1985年11月利用黑白瓶测氧法研究了胶州湾东南部的初级生产力及其与各环境因子的关系。结果表明，调查区内初级生产力的变化范围是0．10－2．829／（m2·d）碳，年初级生产量的平均是206g／m2碳，夏半年（5－10月）的初级生产量平均占全年生产量的73．45％，浮游植物的光合作用对有效太阳辐射能的平均利用率是0．64％，初级生产力与水温、日太阳辐射能等均呈明显的正相关，胶州湾的初级生产力及其季节变化规律与其它典型的温带内湾类似。

窦管交界和窦部直径对主动脉瓣关闭功能影响

为了探讨窦管交界和窦部直径对主动脉瓣关闭功能的影响,首先按照Labrosse提供的临床手术指导尺寸,建立基本的主动脉根部几何模型;改变窦管交界直径(分别为基本模型的1.2倍和0.8倍)、窦部直径(分别为基本模型的1.2倍和0.8倍)以及窦管交界直径和窦部直径(均为基本模型的1.2倍),共建立6组几何模型.窦部和瓣叶均施加0~10.665 kPa线性变化的压力负载,用计算机数值模拟的方法定量研究主动脉根部从接近关闭到完全关闭过程中,模型受到的最大应力数值和位置、瓣环直径变化以及对合区域面积比.计算结果表明:6组模型的主动脉根部最大应力值均出现在瓣叶和窦部接合位置,且最大应力值的范围是567~601 kPa,与Marom、Labrosse和Katayama的计算结果接近;窦管交界直径增大为基本模型的1.2倍时,瓣环直径扩大8.3%;6组模型的对合区域面积比计算结果相对变化不超过5%.结果表明:窦管交界变化比窦部直径变化对瓣环直径的影响大,而同样的主动脉根部结构,增大瓣环直径会减少瓣叶的有效对合,从而影响主动脉瓣关闭功能.

大动脉调转手术规划的生物力学机理研究进展

大动脉调转术是治疗完全性大动脉转位的理想手术方式,其主要目的是矫正其畸形的解剖结构;手术近期和远期效果满意.根据临床医生的经验和设想,提出了目前大动脉调转手术面临的问题.综述了关于大动脉调转手术临床上的手术技巧;综述了国内外主动脉根部生物力学机理研究的有限元模型、实验研究等方面的最新研究进展;综述了几何构型因素对主动脉瓣关闭功能影响的研究进展.在此基础上,对改进大动脉调转手术方案的生物力学机理研究进行了展望.

体外循环用血泵研究进展

本义在阐述体外循环原理及临床意义的基础上,简单介绍了体外循环用血泵的原理、特点以及关键技术评价指标,重点分析了离心血泵的发展历史,及二代、三代离心血泵磁力驱动的工作原理和特点。第二代血泵采用圆盘形磁力耦合器驱动方式,其永磁体采用组合拉推式结构。第三代血泵是在第二代血泵的基础上增加了磁悬浮系统。最后展望了体外循环用离心血泵的发展趋势。

呼吸机加热湿化器温度控制电路设计

利用NE555集成电路和负温度系数(NTC)热敏电阻器设计了一种呼吸机用加热湿化器温度控制电路。阐述如何确定电路设计方案、选择适合的热敏电阻以及计算限流电阻的大小,并对加热湿化器样机温度稳定性进行了测试,结果表明其符合相关的呼吸机用加热湿化器国际标准。研究设计的温度控制电路具有一定的通用性。

无叶片离心泵结构对体外循环关键参数的影响

目的探讨无叶片离心泵结构和体外循环关键参数之间的关系,为无叶片离心泵的优化设计提供理论依据和实践参考。方法采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对无叶片离心泵进行数值模拟,分析离心泵的结构和转速与血液流量、泵内流动状态、预充量之间的关系。结果叶轮与蜗壳之间距离一定时,两层叶轮结构比一层叶轮结构驱动血液能力强,但是预充量大;进出口导管直径小,有利于调节流量;泵体结构和叶轮转速影响泵内的血液速度分布,从而会对血液造成不同程度的破坏。结论无叶片离心泵结构和叶轮转速对体外循环流量的控制、泵内血液速度分布、预充量有很大影响。

心室流腔角度对主动脉瓣影响的脉动流实验研究

目的探究左心室流腔与主动脉轴线所呈角度对主动脉瓣力学性能的影响。方法依据从华中科技大学同济医学院附属协和医院获得的患者CT图像上的心室流腔角度大小,通过3D打印技术制作心室流腔角度分别为0°、16.5°和30°的3组主动脉根部模型。然后将人工生物瓣安装在主动脉根部模型上,在Vivitro心脏-血管模拟实验系统中进行不同心输出量条件下的脉动流实验。心率设定为70次/min,脉动流流动速率分别为2、3、4、5、6、7 L/min的条件下,测试瓣膜的跨膜压差、反流比和有效开口面积。在每个脉动流流动速率条件下测试10次,取平均值。结果不同心室流腔角度模型之间,生物瓣的跨膜压差存在差异但均符合国家标准GB 12279—2008/ISO 5840:1996,即小于10 mmHg(1 mmHg=0.133 k Pa)。对于心输出量较低的情况,较小的心室流腔角度有助于反流比的下降,较大的心室流腔角度有助于增大瓣膜的有效开口面积;而对于心输出量较高的情况,较小的心室流腔角度有利于瓣膜有效开口面积的增大。结论手术时,医生可根据患者的各项参数大小选择合适的心室流腔角度。

基于模糊PID的睡眠呼吸机控制系统设计

持续气道正压(Continuous Positive Airway Pressure,CPAP)通气是目前治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive sleep apnea,OSA)最为有效的方式之一。但在实际应用中,由于受到患者自主呼吸的影响,使得气道压力很难保持稳定。为了降低患者自主呼吸对设定压力的干扰,以及消除患者呼气时的憋闷感,模糊PID控制方法被应用于睡眠呼吸机CPAP的压力控制上。本文介绍了硬件系统结构并通过查询模糊规则表的方法实现了Fuzzy PID的算法,最后,使用了气体流量分析仪(VT PLUS HF)对治疗时的压力曲线进行了测试。结果表明,压力的波动性满足了睡眠呼吸暂停治疗设备的相关标准。

儿童主动脉瓣单叶置换术后瓣叶适应性的数值分析

目的探究儿童主动脉瓣单叶置换(single aortic valve replacement,SAVR)术后主动脉瓣关闭不全(aortic insufficiency,AI)的生物力学机制,并提出应对措施。方法构建理想化主动脉瓣模型及术后生长模型。改变置换瓣叶游离缘长度、瓣叶高度以及改进设计的一种凹型结构,比较不同结构尺寸对术后主动脉瓣运动同步性和关闭性能的影响。结果置换瓣叶的闭合滞后于自体瓣叶,自体瓣叶贴合于置换瓣叶游离缘下方2 mm处。术后6年出现明显AI。增加瓣叶高度不能改善术后效果,且会增加瓣叶的最大应力。增加游离缘长度10%能够改善术后效果,当游离缘增加15%,会造成主动脉瓣过长,导致主动脉瓣产生不良的贴合。凹型主动脉瓣较传统结构更有利于瓣叶对合,能够有效降低最大应力20%,效果最佳。结论儿童行SAVR术后,会使瓣叶运动不同步,对合点发生偏移,术后6年出现AI现象。建议裁剪为增加游离缘长度10%的凹型结构,不建议增加瓣叶高度。

不同表型二叶式主动脉瓣结构动力学和主动脉血流动力学评估

目的相比三叶式主动脉瓣(TAV)、二叶瓣(BAV)患者发生瓣膜狭窄和主动脉扩张等病变的风险增加。比较TAV、0型和1型BAV几何形状对主动脉血流动力学和瓣膜应力及变形特征的影响,评估BAV表型导致主动脉疾病的潜在风险。方法基于文献数值建立TAV、0型和1型BAV根部参数化模型,进行动态有限元结构分析,比较不同BAV的开闭变形和应力分布;分别基于以上3种瓣膜收缩峰值期开口状态重建,与个性化主动脉模型经过布尔运算。

主动脉瓣部分关闭和完全开放的有限元分析

目的探究不同的初始状态设置对瓣膜仿真计算的影响。方法创建初始状态分别为主动脉瓣部分关闭和完全开放的二维结构模型,对瓣膜和主动脉侧、心室侧的血管壁施加随时间变化的压力载荷,采用有限元法研究在两种不同初始状态设置下瓣膜关闭时的最大应力、对合长度和接触力。结果以完全开放为初始状态的模型在瓣膜关闭时的应力和接触力更大,瓣膜闭合程度较差,周期性循环中应力和闭合程度的变化较大;部分关闭为初始状态下瓣膜在关闭时的应力和接触力小,闭合程度较好,周期性循环中应力和闭合程度的变化小。结论在初始状态为部分关闭时,计算过程的稳定性和瓣膜的闭合程度较好,在进行数值模拟计算时可以给予更多的考虑。研究结果可为瓣膜和主动脉根部生物力学机制的研究提供参考。

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。

窦管交界锥度对生物瓣影响的脉动流实验研究

为了探究窦管交界直径呈现不同锥度角对于人工生物瓣膜性能的影响,对窦管交界不同锥度角的主动脉根部模型进行脉动流实验研究。通过三维打印方法制作窦管交界锥度角分别为0度、1度、3度和5度的4组主动脉根部模型。将人工生物瓣膜装配在主动脉根部模型上,在脉动循环模拟系统中进行不同心搏出量条件下的脉动流实验测试。心率设定为70次/分,脉动流流动速率分别为2~7 L/min。在每个脉动流流动速率条件下测试10个心动周期并将结果取平均值。实验结果显示,主动脉根部窦管交界不同锥度的模型,跨瓣压差符合国内标准,均在10 mm Hg之内;窦管交界锥度对于返流百分比存在影响,较小的窦管交界锥度有利于降低返流百分比;在心搏出量较小的情况下,较小的窦管交界锥度有利于增大有效开口面积,而在心搏出量较大的情况下,较大的窦管交界锥度有利于增大有效开口面积。实验结果表明,在临床手术过程中,对于心搏出量较低的情况,建议多考虑较小的窦管交界锥度;而对于心搏出量较高的情况,建议多考虑较大的窦管交界锥度。

瓣膜高度对移植主动脉瓣开闭性能的影响

临床上治疗主动脉瓣膜关闭不全的的手术多采用瓣膜移植,但术后患者重建的主动脉根部存在扩张现象,因此瓣膜高度的不足会致使主动脉瓣膜再次关闭不全。本文研究不同主动脉瓣膜高度设计对瓣膜开闭性能的影响,通过体外数值模拟,获取最佳手术方案,提供技术支持和理论依据。本文以根部直径26.0 mm、瓣膜高度14.0 mm为参照,建立瓣膜高度增量为±0.5 mm的六组三维几何模型。通过对模型最大应力、瓣口面积和接触力等参数的结构力学计算和分析,获得合理的几何尺寸。研究发现,六组模型的最大应力值范围在640～690 kPa之间,与文献的结果相符合;瓣膜高度分别为13.5、14.0、14.5 mm的三组模型的瓣口面积在合理范围内;六组瓣叶接触力随瓣膜高度增加呈增大趋势。研究表明主动脉瓣膜的高度对主动脉瓣膜关闭性能存在影响,太小或太大的瓣膜高度会减小主动脉收缩期的瓣口面积,影响主动脉开闭功能。

主动脉根部扩张情况下窦部直径对瓣膜开闭性能的影响

本研究旨在探讨在主动脉瓣及瓣环本身无明显病变、主动脉根部不断扩张的情况下,主动脉窦部直径对主动脉瓣开闭性能的影响。本研究参考临床手术指导尺寸,构建了不同主动脉窦部直径和根部直径的25组主动脉根部模型。窦部直径DS取值分别为32、36、40、44、48 mm,根部直径DA取值分别为26、27、28、29、30 mm。通过有限元软件进行结构力学计算,对模型最大应力、瓣口面积和接触力等参数进行分析,评估扩张状态下的瓣膜开闭性能。研究发现当DS=32 mm且DA=26,27 mm,以及DS=36 mm且DA=26 mm时瓣膜出现开放狭窄;DS=32,36,40 mm且DA=30 mm,以及DS=44,48 mm且DA=29,30 mm时,瓣膜出现关闭不全;其他15组瓣膜运动正常。结果表明,主动脉窦的尺寸对主动脉瓣膜关闭性能存在影响。较小的窦部直径适应较大的根部直径,较大的窦部直径适应较小的根部直径,窦部直径为40 mm时,瓣膜的各项力学表现良好,能适应相对较大范围的根部扩张。