非脉动流低溶血叶轮血泵

采用对数螺旋线叶片和抛物线轮盘,精心设计制作叶轮式离心血泵,并用电机直接驱动叶轮,由磁性流体密封转轴,使泵的溶血指标降低为0.015,重量减小到240克,效率提高至60％。在与国产临床用转子泵和美国商品化的名牌转子泵Sarns 7000的溶血比较中,自制叶轮泵的溶血仅为国产转子泵的1/5和Sarns 7000转子泵的1/3.5。山羊和狗的左心室辅助试验中,叶轮泵在动物血浆增加的游离血色素,低于隔膜泵在小牛身上所作的同样试验中所测得的相应值。结果表明,非脉动流叶轮血泵适合于长期辅助自由走动实验动物或病人的血液循环。     

植入式叶轮全人工心脏的原型设计

此装置具有一个两端均有输出轴的直流电机,左、右叶轮直接固定于输出轴上。有两个介于电机壳和泵壳之间的密封盒,每个密封盒内部都有磁铁——磁性流体结构,提供转子的非摩擦密封。由于不同的压力与流量比率,开式叶轮分别为混流型(左)和轴流型(右),两者都用新的三元理论的解析方法来设计,其扭曲的叶片形状由轴向螺旋线和径向对数螺旋线组合而成,以便减小血细胞的速度变化,降低泵中的雷诺切应力。随着电机周期性地改变转速,左泵和右泵同步地射血,产生符合生理条件的脉动流。泵输出通过改变电机平均电压来调节。两个泵的流量平衡是由叶轮泵的自动调节特性来实现的。根据叶轮辅助心脏的离体和在体试验结果,可知叶轮全人工心脏的溶血指标是可以接受的。     

叶轮血泵产生脉动流的新探索

产生脉动流是当前发展和研究叶轮血泵的一大难题。实践证明,改变叶轮转速的方法,不是产生脉动流的有效途径。我们试验用匀速旋转叶轮产生脉动流,可望为解决这一难题打开新的局面。     

叶轮设计对叶轮式人工心脏溶血性能的影响

为了评价人工心脏的叶轮设计对血泵溶血性能的影响 ,笔者设计加工了叶片角和叶片数分别为(2 0° ,6 )、(30° ,6 )、(40° ,6 )、(30°,5 )和 (30°,7)的五个对数螺线等角叶轮 ,并基于不同扬程和流量下的体外溶血试验 ,探讨了叶轮设计参数与血泵溶血性能之间的相关性 ,从而系统地评价血泵各设计及运行参数对溶血破坏的影响 ,获取了血泵最佳设计参数及运行工况点等重要数据。实验结果表明 :血泵采用叶片角为 30°的六叶叶片 ,进出口压力差 10 0mmHg ,流量 4L/min时 ,其对血细胞破坏最小。     

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5 L/min、转速为2 100 r/min时,扬程为115 mmHg,溶血率达到0.022 1 g/100 L,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。     

计算流体力学分析评价XZ-Ⅱ型血泵的血液破坏

目的运用计算机流体力学(CFD)分析评价XZ-Ⅱ型血泵的溶血情况.方法将XZ-Ⅱ型血泵的主体血泵CAD二维图采用Solid Work三维造型软件过渡生成几何数据文件,然后采用Fluent 6.1流场分析软件做计算和流场分析,同时进行体外溶血实验.结果CFD显示,在叶轮入口、叶轮的端面和叶轮与导流叶片间,有较大的剪切率产生,且后者引起流动分离,从而影响了出口流速和流动的稳定性;体外溶血实验示,标准溶血指数(NIH)为(0.0473±0.0165)mg/dL.结论采用湍流模型和非牛顿流体粘性系数公式进行CFD对血泵溶血情况的分析,基本反映了血泵内部血流特性,XZ-Ⅱ型血泵在叶轮入口、叶轮端面和导流叶片等处产生高剪切力,应进行相应的改进.     

混流式血泵的数值模拟及性能分析

轴流式血泵转速过高、离心式血泵容易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解轴流式血泵的转速过高以及离心式血泵的流动死区问题。基于此,本研究旨在探究闭式叶轮混流式血泵的性能效果。通过数值模拟的方法对闭式叶轮混流式血泵进行数值模拟,分析该类型血泵的流场特性及压力分布情况,探讨其水力性能以及可能对红细胞造成的损伤程度,并与半开式叶轮结构混流式血泵的数值模拟结果进行性能对比。结果表明:本研究中的闭式叶轮混流式血泵具有良好的性能,能够安全高效运行。该泵在5 L/min下能够达到100 mm Hg的扬程,血泵内流动均匀,没有明显的涡流、回流以及流动停滞现象,压力分布均匀合理,可有效地避免血栓;溶血指数平均值(HI)为4.99×10^-4,具有良好的血液相容性;与半开式叶轮混流式血泵相比,闭式叶轮混流式血泵扬程和效率更高、溶血指数平均值更小,且具有更好的水力性能及避免血液损伤的能力。通过本文研究结果,或能为闭式叶轮混流式血泵的性能评价提供依据。     

人工心脏圆盘泵的流动特性研究

人工心脏（血泵）一直存在泵体对血细胞剪切力过大和流速过快容易引起溶血的问题。为了研究人体正常血压情况下,血泵内部剪切力和速度场的分布情况,选择圆盘泵叶轮代替传统离心泵叶轮,对两种模型进行数值计算,分析不同叶轮内部剪切力和速度场的分布规律。研究表明传统离心泵内部流速高,叶片表面剪切力大,对血细胞的伤害大。圆盘泵相比传统离心泵,剪切力更小,流场速度分布均匀,流速更小。和传统离心泵相比,不同转速下圆盘泵能降低溶血的发生率。圆盘泵叶片数为6片时,抗溶血性能更好。研究结果为血泵的优化提供理论依据。     

两级轴流血泵基于血液损伤的数值分析

植入式微型轴流血泵工作时的高叶轮转速会增加血液损伤的风险。本文试图通过将轴流血泵设计成两级的方式来减小发生溶血和血栓的风险。本文对两级及单级轴流血泵在进口流量5L/min、出口压力100mm Hg的工况下进行数值模拟,并对比了溶血程度及血小板活化程度。研究结果显示,两级轴流血泵溶血程度优于单级设计,而血小板活化程度差于单级设计。在溶血程度和血小板活化程度的指标上,两级低-高扬程叶轮组合血泵设计优于两级等扬程和两级高-低扬程叶轮组合血泵设计。在降低植入式微型轴流血泵的血液损伤风险方面,本文的研究结果可为其提供一定的理论基础和新的设计思路。     

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。     

基于快速溶血预估模型的离心血泵叶轮特性数值分析

离心血泵叶轮形态是决定其内部流场剪切应力致血液细胞损伤的重要因素之一。对具有不同叶轮形态的离心血泵进行流体动力分析及数值溶血预估有助于提高血泵的综合性能。本文采用低雷诺数修正SSTκ-ω湍流模型,对四种不同叶轮形态的离心血泵内部流场进行计算,包括压力场、速度场以及剪切应力场分布等;并运用快速溶血预估模型计算各血泵的标准溶血参数值(NIH)。分析结果表明,虽然四种血泵的压力场分布均符合要求,但对数螺旋线叶轮血泵流道中的涡流和回流得到了明显改善,高剪切应力区域体积只占总体积的0.004%,NIH为0.0089,对血液细胞破坏最小。     

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.     

各种辅助泵对心室功能恢复的影响

应用自制隔膜泵、非捕动流叶轮泵和捕动流叶轮泵,以及临床应用的美国Ｓａｒｎｓ转子泵分别在迷你猪和小公牛身上做左心室或双心室辅助试验。结果显示搏动流泵在自然心脏衰竭时能维持动物主动脉压的搏动特性,从而降低周身而增加血流循环流量,而叶轮泵及转子泵因没有瓣膜返流能提高动物主动脉舒张压,增加自 脏冠状动脉灌注,因此搏动流叶轮泵对于衰竭心脏功能的恢复,最为有利。     

磁悬浮离心式心室辅助装置的体外溶血测试**

背景：心室辅助装置已广泛应用于心力衰竭患者的治疗。虽然有不同的血泵在国外应用于临床,却很少在国内应用,主要原因是其价格太高。因此在国内研制相对价格较低的能应用于临床的自主血泵迫在眉睫。 目的：测试置入式磁悬浮离心心室辅助装置主体血泵的溶血性能。 方法：通过计算流体力学方法,对磁悬浮离心式心室辅助装置主体血泵内部流场做初步分析。血泵在后负荷100 mm Hg     (1 mm Hg=0.133 kPa)、流量5 L/min 情况下,通过体外模拟血循环系统驱动羊血测试血泵体外溶血性能,计算血泵实际标准溶血指数NIH。 结果与结论：在设计工况下计算流体力学结果显示血泵内部流线平稳,整个流道内部壁面剪切力均在68.5 Pa以下,内部静压力分布均匀,过渡平稳,没有不良区域出现。体外溶血实验测得标准溶血指数NIH值为(0.075±0.017) mg/L。提示血泵驱动叶片及内部流道设计合理,同第3代血泵相比有较好溶血性能。血泵实验期间无不良状况发生,可以进行下一步长期的动物体内实验,进而评估血泵体内血流动力学性能和血泵置入对实验动物脏器的影响。     

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.     

血泵溶血的研究进展

国内外研究人员为克服溶血问题做了大量的工作,对血泵溶血性能作出了评价标准,通过利用实验和仿真手段对可能造成溶血的因素,如血泵结构、叶轮参数、血泵材料、血泵流场分布等做了很多的研究,分析了这些因素与血泵溶血的关联性,从而为在一定程度上解决血泵的溶血问题找到了方法。我们对目前血泵溶血的研究进行了综述。     

具有分流和悬臂叶片尾导的轴流血泵设计分析

根据中国终末期心衰患者对左心辅助泵辅助人体血液循环的要求,设计以3 L/min流量、100 mm Hg压升为设计点,流量范围为2～7 L/min的微型可植入轴流血泵。该血泵采用纺锤形的转子叶轮结构以及带分流叶片、悬臂叶片的尾导结构,以使血泵在较宽的压力流量范围内具有良好的溶血和抗血栓特性。本文用数值模拟及粒子成像测速(PIV)的方法分析血泵的水力学特性、流场及溶血特性。结果表明:血泵转速为7 000～11 000 r/min时,在2～7 L/min的流量范围内可提供60.0～151.3 mm Hg的压升;分流叶片抑制了尾导的尾缘吸力面处的流动分离;悬臂式叶片结构将转子叶片的叶尖间隙变为尾导叶片的叶根间隙,间隙的切线速度由6.2 m/s降至4.3～1.1 m/s;血泵的最大标量剪切应力值为897.3 Pa,平均剪切应力值为37.7 Pa;采用Heuser溶血模型得到的溶血指数为0.168%;PIV试验所得泵内尾导区域的流场速度分布与数值计算得到的流场特征吻合良好。本研究所设计的轴流血泵的尾导具有分流叶片和悬臂叶片,流道内血流无较大分离流动,降低了剪切力对血液的破坏,溶血性能良好,压力流量性能满足临床需要。     

螺旋血泵的研制及其实验研究

血液相容性问题是影响心室辅助装置使用寿命及大量临床应用的重要因素之一。减少红细胞破坏和减少血液接触面积是目前可以提高血泵血液相容性的重要手段，为此我们1997年到1999年间研制了叶片为螺旋型且与血液接触面积小的螺旋血泵。血泵由泵体、螺旋叶轮、电机、医用硅橡胶密封圈和轴承等构成。叶轮的最大直径为21．8mm，最小直径是9．8mm，螺旋叶轮椎角41．8度，泵体最大直径30mm，血泵为钛合金材料，体积76ml，总重量220g。体外试验结果显示：1．螺旋血泵的输出是流量4L/min对应的平均压力为100mmHg。2．血泵的表面温度恒定在39℃左右，密封性能良好。3．螺旋血泵的溶血指数NIH为0.085g/100L低于轴流血泵的NIH值0.284g／100L，且未在螺旋叶轮周围未发现任何微小血栓，证实螺旋血泵对血液的破坏明显低于轴流血泵。4．由于密封引起的产热和耗能尚待于改进。     

叶片倒角对FDA标准血泵流场和溶血预测的影响

目的采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法研究FDA标准离心血泵叶片倒角对流场和溶血的影响。方法针对FDA标准离心泵,模拟3个工况下水力学性能、流场形态、溶血指数等血泵关键性能,并进一步比较叶片结构有、无倒角时对前述模拟结果造成的影响。结果血泵叶轮倒角对血泵压头(无倒角特征与有倒角特征压头计算值最大百分比差异为57.38%)、流场等均有影响,从而导致溶血预测值也有显著差别(两者最大误差超过1个数量级)。结论对叶轮进行有倒角处理有助于优化血泵的性能。研究结果对更好使用CFD辅助血泵的血液相容性设计具有重要意义。     

血泵溶血的研究进展

国内外研究人员为克服溶血问题做了大量的工作,对血泵溶血性能作出了评价标准,通过利用实验和仿真手段对可能造成溶血的因素,如血泵结构、叶轮参数、血泵材料、血泵流场分布等做了很多的研究,分析了这些因素与血泵溶血的关联性,从而为在一定程度上解决血泵的溶血问题找到了方法.我们对目前血泵溶血的研究进行了综述.