串联型心脏辅助装置Hemopump的仿真研究

目的研究Hemopump的辅助效果。 方法以理论分析和实验数据为基础 ,建立Hemopump动态的数学模型。将建立的泵模型植入到原有的犬的循环系统模型中 ,研究血泵和心血管系统的相互作用。结果Hemopump辅助可以提高心输出量 ,增加心脏的血氧供给 ,同时降低心肌的血氧消耗量。与主动脉内气囊反搏 (IABP)改善心肌供血平衡的机制不同 ,Hemopump主要通过降低左心室的前负荷来减少心肌的耗氧量。在一定范围内加快泵转速可以提高辅助效果。但是 ,泵的转速过高会影响泵的入流状况 ,导致辅助效果降低。结论仿真结果与动物实验及体外循环的测试结果一致。

微型血泵的研制及其模拟实验研究

为了使血泵满足体积微型、能植入于体内，且操作简单的要求，设计、加工一体积较小、可连接左心房和升主动脉的微型离心式血泵。经模拟实验测试，离心泵性能良好，基本满足当初设计的适合临床生理需要的流量、压力要求。同时模拟实验的成功，为以后血泵的完善、动物实验及临床上的使用提供了实验依据。

叶轮血泵及其体外模拟试验

提高血泵的使用寿命和防止血栓生成是人工心脏研制中的难题,因而研制了一种具有滚动轴承和洗涮系统的耐久性血泵.同时,为进一步研究血液动力学机制,制作了一套血液循环模型,测试了心室辅助装置的性能.试验结果表明,血泵的工作寿命得到延长,洗涮系统能防止血栓生成,血泵能满足临床生理所需的流量、压力要求,为进一步完善血泵和进行动物实验、临床应用提供依据.

Ⅰ型血泵左心辅助循环动物实验研究

为了对Ⅰ型血泵进行深入研究以便在此基础上进行改进，我们选择９只心脏正常犬进行左心辅助动物实验，以验证该泵的血液动力学输出性能、对心脏的辅助功能及对血液的破坏程度。在动物实验中，血泵放入胸腔内，进口通过静脉插管经左心房耳插入左心房，出口经过动脉插管插入升主动脉。输液、测试、辅助管路接通后，控制血泵的辅助流量为心输出量的２５～３０％左右。结果显示：１．辅助流量在５００～６００ｍｌ／ｍｉｎ时，主动脉收缩压可达１３０ｍｍＨｇ，证明Ⅰ型血泵输出性能满足辅助时生理血液动力学要求。２．辅助后，主动脉舒张压和心脏总输出量均升高，提示此血泵对冠状动脉血流量的增加及心脏泵血具有辅助功能。３．辅助４小时后，血浆中游离血红蛋白含量由２．４ｍｇ／ｄｌ升高到３．１ｍｇ／ｄｌ，纤维蛋白未发生明显变化。

轴流式血泵溶血数学模型的探究

溶血的定量评价对于血泵的设计和研究十分重要,而建立血泵溶血的数学模型,对于血泵溶血的预测,提高其血液相容性具有十分重要作用。本文在分析与血泵溶血相关因素的基础上,首先从能量守恒定律确定轴流式血泵叶轮驱动力的输出功可分两部分提供给血液:用于提高血液压力的能量以及用作血液溶血的能量。然后采用动力系统转矩方程和能量方程,建立血泵辅助循环溶血模型。最终建立了能够定量评价血泵在不同工作状态下(正常状态和抽吸状态)溶血程度的数学公式。本文对轴流式血泵的溶血问题提供了新的研究思路,将对血泵及其控制系统的改进提供重要的依据。

轴流血泵最佳左心辅助下的速度变化及内流场分析

为解决轴流血泵恒压或恒转速辅助时产生的抽吸或反流现象,以自主研发的主动脉瓣轴流血泵为研究对象,建立“轴流血泵-血液循环系统”串联耦合多尺度参数模型,得到血泵变转速辅助时在各级心衰条件下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线.相比恒转速辅助,变转速辅助的血流动力学结果与正常心脏的拟合度更高,也符合人体生理.采用CFD技术对Ⅳ级心衰下2种辅助状态在1个心动周期中的内流场进行比较分析,发现变转速辅助下,轴流血泵在等容收缩期、等容舒张期、充盈期会产生明显的涡流,过流时间较长,但剪切应力较小,不会造成溶血;在射血期,变转速辅助的流动更加稳定,没有涡流现象产生,但其剪切应力在0.10 s内高于临界值500 Pa,会产生溶血现象.

轴流血泵的数值仿真与结构改进

轴流血泵体积小、结构简单、易植入等优点,成为人工心脏的热点研究。作者设计了一种轴流式血泵,运用RNGκ-ε湍流模型的数值模拟方法分析血泵流场分布,利用计算流体力学(CFD)技术对血泵内部流场进行数值模拟。分析计算求得血泵流场的压力、速度,切应力等参数分布情况。总结血泵流场容易出现溶血和形成血栓的区域,以此为依据完成血泵结构的改进。结果表明:和原血泵相比,改进后的血泵流量输出性能得到提高,血泵的溶血概率降低,形成血栓的区域减小。

大间隙磁力传动系统能量传递效率

为了解大间隙、高转速条件下磁力传动系统的能量传递规律,研究行波磁场驱动的大间隙磁力驱动技术;通过微型轴流式血泵外磁场驱动,对大间隙磁力驱动系统各部分能量耗散进行研究,建立系统能量传递效率的数学模型。通过轴流式血泵泵水实验,得到血泵在耦合距离20 mm和30 mm时的最大能量传递效率,即磁力传动系统的最佳工作点,并通过与理论解析值相比较,得到大间隙磁力驱动系统的能量传递效率的变化趋势,确定磁力驱动系统能量传递效率的主要影响因素,为提高磁力驱动系统的能量传递效率提供了途径和依据。

基于激光快速成形技术的微型血泵模型机研制

介绍了激光快速成形技术的基本原理和方法，通过血泵模型机的设计和制备，研究了利用该项技术制造复杂的螺旋叶片零件的基本方法和技术，并对加工零件产生的误差进行了分析，认为激光快速成形中的分层技术和树脂材料会引起尺寸精度误差，同时，分层技术还会引起螺旋叶片表面的形貌误差。

轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟

为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性,将一种黏弹性流体k-ε模型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的静压和切应力的分布规律,并将溶血指标计算方法与此黏弹性紊流模型结合,计算了黏弹性流体为工质时血泵的溶血指标,并与水为工质时的计算结果进行了对比.结果表明:在相同转速和流量条件下,质量分数为0.06%的黄原胶溶液为工质时的静压压升高于以水为工质时的相应值,质量分数为39%的甘油溶液为工质时静压压升最不明显;甘油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于水和黄原胶溶液的相应值;黏弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低,且数值处于同一数量级上.该模型能较为准确地预测血泵内黏弹性流体的紊流流动特性,但血泵的结构需进一步优化和改善.

轴流式血泵黏弹性流体水动力特性数值模拟

将一种黏弹性流体k-ε模型应用于自行设计的轴流式血泵内流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的水动力特性,得到了泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的紊动能和紊动能耗散率的分布规律.研究发现:在相同流量和转速条件下,质量分数为0.06%的黄原胶水溶液的扬程高于以水为工质时的相应扬程,二者最大约相差35%,且计算结果与实测数据符合良好;轴流泵内黄原胶水溶液的紊动能和紊动能耗散率均显著低于水的相应值,粗略估算每千克黄原胶水溶液的机械能损失只是水的相应值的37%,表示以黏弹性流体为工质时,泵内部的黏性耗损降低,这正是黏弹性流体扬程高于水的扬程的物理原因.

用模型方法研究心肌血流的时相分布及其灌注压依赖性

建立了一个适于研究左心室壁心肌血流动力学机制的仿真模型。其中考虑了三个有代表性的心肌壁内血管网，每个血管网由四个血管单元组成，各血管单元均由与生理状况较为贴切的非线性阻容元件模拟。仿真选用实测主动脉压和左心室腔压作为输入数据，结果表明，模型预测的总冠血流和透壁心肌灌注时相分布与现有结论较为一致。进而根据冠脉灌注的特点，研究了提高主动脉舒张压峰值对心肌灌注的影响，所得结果有助于解释临床采用主动脉内气囊反搏或体外反搏改善心肌供血的内在机理。

一种离心血泵的血流动力学特性分析

对自主设计的离心血泵建模,并将其与心血管集中参数模型耦合,在Matlab环境下对耦合系统进行仿真。搭建实验平台,在三级心衰的情况下,将血泵接入模拟循环装置中,测量不同转速下的主动脉压力和流量。通过实验数据和仿真数据的对比,验证了耦合模型的准确性和血泵良好的辅助效果,同时也说明了随着血泵转速的增加,主动脉压力和流量的搏动性会减弱,这种情况会对血管的结构和功能产生影响。

基于多相流的轴流血泵流场分析及溶血指数预测

为研究血泵内部血细胞分布规律及溶血预测方法,以自制轴流血泵为例,应用多相流分析方法,采用多重参考坐标系法(MRF)等技术建立数值分析模型,并通过体外循环实验验证模型的有效性。进一步分析血泵内部血细胞浓度、速度、压力等的分布规律,得到血细胞破坏区域和一般规律。根据优化的溶血模型对血泵的溶血性能进行评估,在此基础上提出溶血实验指标标准溶血指标(NIH)与溶血预测值之间的转换关系。研究结果表明:血细胞在血泵内部不是均匀分布,叶轮处有明显分离现象;血泵内部剪切应力在200 Pa以下的区域的体积分数约为98.6%,高剪切应力主要位于叶轮顶部和外壳的间隙处;在剪切应力为常数时,优化的溶血预测模型和Giersiepen实验得到的溶血模型相符合;采用优化模型计算得到血泵平均溶血预测值0.005 7,具有较好的溶血性能。

心衰脉动过程两级轴流血泵溶血数值模拟

为了理解血泵脉动运行时流动对血液造成的损伤,建立了血泵和心血管循环系统多尺度模型.多尺度模型将零维尺度的心血管循环集中参数模型和三维尺度的轴流血泵内部流动分布式参数模型相结合.以两级轴流血泵为例,用Matlab仿真得到一个心动周期中两级轴流血泵的动态进出口压差和流量变化.其次,根据血泵内血流动力特性,将动态工况分段划分,并以这些流量作为准静态工况进行溶血程度计算.最后,将一个心动周期中准静态工况的溶血程度做时间加权平均,得到平均溶血程度值.结果表明,在一个心动周期中,由于血泵本身惯性的影响,使瞬态进出口压差-流量特性曲线呈一闭合的环状.同时,溶血程度大小在一个心动周期的变化规律和流量变化趋势相反,和进出口压差变化趋势相同.综上所述,多尺度模型的计算方法可以预估血泵在心衰脉动运行时的平均溶血程度.

主动脉内气囊反搏对人体外周血流影响的计算机仿真实验

主动脉内气囊反搏在心脏病临床上是重要的机械辅助疗法，应用广泛。气囊反搏对于人体外周血流的影响，与反搏的效果直接有关。作者应用计算机仿真的方法，对不同气囊反搏时，人体脑、肝、腹部及肾部血流的变化情况进行研究。研究侧重于多囊反搏。仿真结果表明：无论是单囊、还是双囊、三囊或四囊反搏均使脑、肝、腹部及肾部供血量增加；以脑部供血量增加幅度最大。就不同气囊而言，四囊反搏效果最佳，三囊稍逊，双囊略差，单囊反搏效果最差。说明主动脉内气囊反搏对人体脑、肝、腹部及肾部不仅无害，反而有益。

基于fluent离心式血泵内流场仿真与结构优化

提高溶血性能,降低溶血率作为血泵性能优化的一个重要指标,对血泵的结构优化具有重要的指导意义。本文基于一款离心式血泵通过使用计算流体力学(CFD)技术,采用非结构化网格、N-S方程和标准K-ε湍流模型在fluent中模拟分析出不同工况下血泵流场内部的剪切力场、压力场等重要参数并根据叶轮流场数据分析,提出了4种不同的结构优化方案;并基于三维快速溶血预估模型计算出不同流量、不同叶轮结构下血泵的溶血性能。仿真结果显示:当叶片与叶轮径向夹角为45°,流量达到5L/min、转速为2100r/min时,扬程为115mmHg,溶血率达到0.0221g/100L,优化后模型较原模型溶血率提升40.9%,满足人体泵血生理需求。实验结果显示:选用优化后结构进行实验分析,得到扬程的实验数据与仿真数据相互验证,进一步证实了该仿真结果的准确性。

内分泌科实施院内血糖管理排班模式及相关研究

目的探讨在内分泌科实施血糖管理的排班模式,及对院内使用胰岛素泵治疗患者的效果评价。方法将我院非内分泌科接受胰岛素泵治疗的148例患者按住院时间分组,2015年12月-2017年6月的53例患者为对照组,每天安排内分泌护士(责任组长级别)APN白班轮流管理院内胰岛素泵治疗患者的血糖;同时还要负责内分泌科病房内当日分管的床位;将2017年7月-2018年3月收治的95例患者设为观察组,实施血糖管理的排班模式,即采用院内胰岛素泵的专项、专人、专时的标准化管理。比较两组患者院内血糖管理的效果(血糖达标时间)和胰岛素泵安全事件发生率。结果观察组患者围手术期、术后血糖达标时间低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组胰岛素泵运行安全事件(输注障碍、导管脱落、局部皮肤硬结及注射部位感染情况)发生率低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论通过实施院内血糖管理的排班模式,保障胰岛素泵的专项、专人、专时标准化的管理,保证了院内胰岛素泵的安全运行,提高了院内血糖管理的效率。

用模型分析心肌血流与阻力的灌注压依赖性

合理考虑心肌内有代表性的血管网，选用实测主动脉压和左心室腔压作为输入数据，建立了一种适于研究左心室壁心肌血流动力学机制的模型，能够同时仿真冠脉系统的动、静脉及微循环血流。在预测心肌灌注时相分布接近现有结论的基础上，研究了心肌血流与血管床阻力的灌注压依赖性。结论有助于理解主动脉内气囊反搏和体外反搏的治疗机制。

微型介入式轴流血泵溶血和凝血模型研究进展分析

微型介入式轴流血泵作为心源性休克患者的有效治疗手段被广泛应用,而溶血和凝血问题往往是临床应用中重点关注的问题。本文针对微型轴流血泵溶血和凝血模型进行综述。首先介绍商用微型介入泵的结构特点和临床应用的相关问题,然后从溶血和凝血的基本机制出发,研究微型介入泵影响红细胞损伤和血小板活化的因素,重点回顾了目前关于溶血和凝血不同尺度模型(包括宏观、介观和微观)的进展。不同尺度模型对溶血和凝血研究的角度不同,因此在研究微型介入泵的溶血和凝血问题时,需要结合多尺度模型进行全面分析,以充分考虑介入泵复杂因素对溶血和凝血的影响。