基于全球专利数据的ECMO血液泵技术发展态势研究

国内市场上ECMO受制于国外企业的专利壁垒以及先发优势而长期被国外企业所垄断,血液泵构成了“卡脖子”技术,严重阻碍国产化进程,本文从专利角度对ECMO现有技术进行梳理和统计,在分析了各种类型血液泵的基础上进行了技术分解,提出了冷却液、悬浮、材料、结构和涂层的四级技术分支,从五个维度分析了代表性技术的演进过程,还对国内外主要竞争参与者的类型、地区、研究重点进行了分析,并对国内企业的技术突破方向进行了建议,以助力关键核心技术国产化的实施。

轴流式磁悬浮血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵流体动力分析是研发先进人工心脏泵的前提,血泵叶轮旋转时会对血细胞造成不同程度的机械损伤,从而导致溶血和血栓,严重时甚至危及患者生命。以设计的一种轴流式磁悬浮血泵为例,结合计算流体力学和结构优化设计,采用κ-ε模型、动网格技术和用户自定义函数技术,在轴流式磁悬浮血泵内部三维流场数值模拟的基础上,分析轴流式磁悬浮血泵流道的剪应力分布,探索血液流量与叶轮转速的关系,利用粒子追踪法获取血液细胞流动轨迹,建立一种轴流式磁悬浮血泵的溶血数学模型,阐述轴流式磁悬浮血泵溶血性能预测的方法和机理。研究结果可为轴流式磁悬浮血泵的结构设计和降低溶血提供重要依据。

离心式磁悬浮血泵用混合磁悬浮支承设计与仿真

摩擦和磨损会导致离心式血泵机械轴承的寿命短、发热量大,易引起血栓和溶血,针对此,提出了一种离心式血泵用混合磁悬浮支承结构。采用数值计算法对血泵用磁悬浮支承进行了磁场分布数值模拟,设计了基于边缘效应的磁悬浮支承结构实验原型样机,搭建了控制系统,并以实验验证了该结构静态悬浮的可行性。研究结果为离心式磁悬浮血泵的结构设计和溶血问题的改善提供了重要依据。

离心式磁悬浮血泵内部流场数值仿真

目的探讨离心式磁悬浮血泵内部流场和血液流动性能,为离心式磁悬浮血泵的结构设计提供重要依据。方法利用计算流体动力学分析软件,采用K-ε模型、动网格技术和用户自定义函数(user defined function,UDF)技术,开展离心式磁悬浮血泵内部流场的三维数值模拟,分析离心式磁悬浮血泵流道的压力、流速分布,探索血液流量、血液压力与叶轮转速的关系。结果该血泵叶轮转速在1800～2000 r/min时,进出口压差为110～120 mmHg,出口流量在4.69～5.28 L/min范围内变化,可以满足人体血液循环需求。结论离心式磁悬浮血泵叶轮参数对其流场特性具有较大影响,可通过对叶轮结构的优化改善血泵的血流特性,进而节约成本,缩短研发周期。

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。

应用霍尔传感器测量无源磁浮心脏泵转子位置

无源磁浮叶轮血泵采用一种新颖的、具有径向轴承功能和轴向弹簧功能的永磁轴承,并能结合液动力实现血泵转子稳定悬浮 无源磁浮叶轮血泵不仅保持了旋转血泵的优点,而且消除血泵内机械磨损,减少血栓和溶血的形成 作者利用实验室自制血泵转子位置测量系统,根据霍尔传感器采集的转子位置信息,定性分析了转子位置及流量、进出口压力差对转子悬浮稳定性的影响 实验结果显示:转子在旋转时与定子脱离,且磁浮稳定性不受血泵流量、进出口压差的影响;

永磁磁浮叶轮血泵及转子悬浮性能分析

为了消除叶轮血泵内的机械磨损、延长血泵的使用寿命,血泵均采用电磁悬浮技术,但是电磁磁浮有许多不适合血泵的弊端。本文介绍的永磁磁浮叶轮血泵采用一种新颖的永磁轴承,该轴承由两个大小不同、充磁方向相同的同心磁环组成,具有轴向弹簧和径向轴承的双重功能。作者利用实验室自制叶轮血泵转子位置测试系统测量转子的位置。数据处理结果表明,血泵的转速越高、流量越大、气隙越小越有利于叶轮血泵转子悬浮。此外,还讨论了采用三种不同形式永磁轴承的叶轮血泵转子的悬浮性能。

离心式磁悬浮血泵溶血性能分析

对自主研制的离心式磁悬浮血泵,为分析研究其溶血性能,对其内流场进行建模,在Fluent中进行计算流体力学分析;搭建体外溶血实验装置,在设计工况下,测量一定时间间隔内血浆中游离蛋白含量及红细胞压积,计算出血泵的标准溶血指数。数值模拟结果显示血泵整个流道内静压力分布均匀,各流道间过渡平稳;内部壁面剪切力均在150 Pa以下,红细胞发生破坏与暴露时间无关。体外溶血实验得到标准溶血指数NIH值为(0.002 9±0.000 7)mg/L,符合人类生理学要求。

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.

基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵转子高速旋转会造成血细胞出现不同程度的机械损伤,严重时可能危及患者生命,研究血泵流场特性是设计人工心脏泵的关键。以自主研发的章动磁悬浮血泵为例,基于计算流体动力学非定常三维N-S方程,采用标准κ-ε模型、用户自定义函数和动网格技术,模拟分析血泵内部流场情况,探究三维流场内速度、压力以及剪切应力大小及分布规律。建立磁悬浮章动血泵的溶血模型,采用粒子追踪法获取红细胞在血泵内所受剪切应力和暴露时间,预测血泵的溶血特性。研究结果表明血泵内部流动均匀,没有明显的回流和滞流现象,具有良好的血液相容性。研究为磁悬浮章动血泵的进一步优化设计和性能评价提供重要依据。

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 。

一种磁悬浮离心式心脏泵刚度与阻尼特性分析

针对一种磁悬浮离心式心脏泵系统的动态特性,需要分析其刚度与阻尼。为此,分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的径向力学特性,得到磁悬浮转子径向运动方程和控制系统框图;并结合PD控制器,推导出系统径向刚度与阻尼数学表达式,最后通过实例仿真,得到径向刚度与阻尼特性曲线。研究表明,比例和滤波环节对系统动刚度、阻尼比和固有频率均有显著影响,且在低频段,微分系数与阻尼比近似成正比关系。上述研究为磁悬浮离心式心脏泵控制系统的设计和磁悬浮转子径向位移控制提供理论指导。