对称结构磁悬浮离心泵心脏辅助装置及流体力学特性

目的:探讨采用对称设计的磁悬浮离心血泵对血泵抗血栓性的影响。方法:对称结构磁悬浮离心泵由园盘状的泵壳,入口管,电机定子,转子-叶轮体构成,转子-叶轮体中包埋两套经向永磁悬浮磁环及轴向控制永磁体。转子-叶轮体采用四极无刷直流电机的驱动方式。入口管外包绕轴向绕组并与轴向控制永磁体相对,馈电时可保持转子-叶轮体的轴向位置。该轴向电磁控制系统采用霍尔信号及反馈控制装置。本文样机最大直径45mm,总长度75mm,总重量210g。所有血液接触面均采用钛合金加工制作。对称结构磁悬浮离心泵在体外模拟循环台进行流体力学特性测试。结果:实现转子-叶轮体的全悬浮需要约2.1W的能耗。悬浮功率还受到泵的重力姿态影响,变化姿态可导致约±0.5W的功率波动。体外模拟实验显示血泵可在6000r/min的转速条件下产生5L/min和100 mm Hg压力的流体输出,能满足左心辅助的需求。改变转子-叶轮体的旋转方向对流体输出特性没有影响,与预想的特性一致。结论:对称结构磁悬浮离心泵流体力学特性可满足左心辅助需要。悬浮耗能虽受重力影响,但可以实现转子-叶轮体全悬浮。流体力学特性在改变旋转方向条件下不变,转子-叶轮体交替旋转的驱动策略可行。

对称式单支点离心泵心脏辅助装置特性

目的:分析对称式亚悬浮离心泵心脏辅助装置提高血泵的抗血栓性的可行性。方法:设计对称式亚悬浮离心泵。离心泵壳分为前端的离心泵筒和后端的叶片腔,叶轮由前端的转子柱和后端的叶片连接构成。叶片腔的后壁中心设置导流椎体,顶端设置支点球和支点球窝形成机械支点支撑叶轮尾端;叶轮转子柱前端设置径向磁悬浮环,与离心泵筒前端的径向悬浮共同形成径向永磁轴承。叶轮为直叶片且以中心对称辐射状排列,离心叶轮、离心泵壳、泵入口及泵出口均为左、右对称结构。文章中研制了两种样机,叶片直径分别为15和17mm,叶轮转子柱直径均为8.5mm,长56mm,离心泵筒外径20mm内径12mm。叶轮叶片采用5叶片式,宽度8mm。叶片腔内径25mm,长9mm。所有血液接触面均采用医用钛合金包被。泵总长度68mm,总重量87g。结果:径向永磁轴承稳定维持叶轮前端的径向悬浮和轴向位置,无论顺时针和逆时针旋转,离心泵均可产生相同的流体输出。在100mm Hg输出压力条件下离心泵可产生5L/min流量。直径17mm叶轮和15mm叶轮的转速分别为7000r/min和8500r/min。总输入功率分别约为8.3和8.1w,改变叶轮旋转方向可在大约2s内重新达到稳定输出,在此期间输出压力和流量显著下降。叶轮转换方向时可使离心泵功耗短暂增加至11W,随后回复至8W左右。结论:对称结构磁悬浮离心泵流体力学特性可满足左心辅助需要,流体力学特性在改变旋转方向条件下不变,转子-叶轮体交替旋转的驱动策略可行。