XZ-ⅡA型轴流血泵的研制及体外流体实验

在自制XA-Ⅱ型轴流血泵的基础上,结合计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)以及计算机流场分析(computational fluid dynamics,CFD),通过改变泵的结构、叶片螺距、密封方式、材料加工手段自行研制和加工出一款微型轴流血泵XA-ⅡA型血泵.它由泵体、直流无刷电机、钛合金叶轮、陶瓷轴承等部件构成,材料TC4钛合金,总重量245g.在体外流量实验中,分别测量血泵的动力学输出、流量输出要求、产热以及密封性能.结果显示XA-ⅡA型血泵能够满足设计的要求,在120h连续运转过程中,血泵表面温度变化较小,而且密封性能很好.     

Ⅱ型叶片轴流血泵的研制及体外流量实验

在自制Ⅰ型离心血泵和借鉴国外同类血泵的基础上 ,我们通过改变泵的整体结构、叶片角度、材料、密封方式和加工手段等 ,又自行设计和加工另一微型轴流血泵 -Ⅱ型血泵 ,它由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、导流槽和支撑架等部件构成 ,总长度 12 5mm ,容积 147ml,材料是TC4钛合金 ,总重量 380g。我们根据不同的压力、流量输出要求 ,设计、加工出五、四、三叶片的叶轮。在模拟试验台 ,我们分别测试此泵的动力学输出、产热和密封性能。结果显示 :(1)五叶片泵在 80 0 0rpm时输出为 6 .8L/min、12 0mmHg ;根据各叶片泵的输出曲线得出 :五、四、三叶片泵的压力和流量均随着转速的升高而升高。 (2 )当前负荷为 0mmHg时 ,五、四、三叶片血泵转速80 0 0rpm流量为 5 .0L/min时 ,所对应的最大的压力约为 170mmHg、16 0mmHg和 130mmHg ,可见在同流量输出情况下 ,随着叶片数的减少压力随之降低。 (3)五、四、三叶片泵的流量、压力输出受前负荷影响较小。 (4 )血泵的效率随着转速的升高而升高。 (5 )在 12 0h的连续运转过程中 ,血泵的表面温度变化较小 ;密封性能也较好。     

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。     

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。     

叶轮泵式全人工心脏的结构设计及流体力学特性

目的通过模型样机研制和流体力学特性测试．探索以叶轮式血泵为结构基础的新型可完全植入的全人工心脏。方法全人工心脏模型样机分为左心泵和右心泵2个基本单位。2血泵均采用叶轮泵．共同设置在球形外壳中。2半球形外壳由高分子材料经激光快速成型制成．球形腔内设置固定左右心泵后对合为球形外壳．表面由医用聚氨酯橡胶涂层，直径55mm，总质量150g左右。在体外模拟循环台上对左心泵和右心泵的流体力学特性进行测试．主要观测指标为泵的转速、输出压力、流量、能耗和效率。模拟循环装置由模拟左右心房、血泵、阻力调节器、流量计串联组成，采用30％甘油水溶液作为循环介质。通过调节阻力测定特定泵转速下压力和流量。结果体外模拟测试表明全人工心脏模型样机可满足血液动力学基本要求，左心泵在9000-13000r／min转速条件下可以达到5-7L／min流量和13．3kPa（100mmHg）的压力输出，右心泵在约1／2左心泵转速和4．00kPa（30mmHg）后负荷下达到相似流量．可分别满足体、肺循环的要求。在该工作负荷条件下，2血泵的总效率约为14％。结论轴流泵作为人工心脏的血泵单位．流体力学特性可达到全人工心脏的基本要求．     

新型磁耦合式轴流血泵

为了更好地解决旋转式叶片血泵的密封问题,本文中采用磁耦合驱动方式。设计、加工一小型轴流血泵。血泵由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、隔膜、导流槽和支撑架等部件构成。总长度125mm,容积147ml,材料是TC4钛合金,总重量380g,体外和在体试验中分别测试血泵的动力学输出、密封、产热和血液破坏等性能。结果显示：（1）体外试验中,血泵旋转速度8000rpm时输出为6.8L/min、120mmHg。（2）在120小时的连续动转过程中,血泵的表面温度变化较小;密封性能也较好。（3）24小时的在体试验中,血浆中游离血红蛋白含量逐渐增大,纤维蛋白未发生明显变化;除血泵的进出接口处和动物肾脏发现微小血栓外,脑部和其它腹部脏器未发现血栓。     

脉动流低溶血叶轮血泵

采用特殊设计的扭曲叶轮,研制成脉动流叶轮血泵,当叶轮转速周期性改变时,产生出符合生理要求的脉动血流。由于血细胞的速度变化达极小,泵内紊流切应力也达极小,所以血泵达最佳的溶血性能。血泵输出的平均流量和压力,由输入电机的方波电压的平均值决定,与脉动频率基本无关。为了达到40mmHg的压力脉动又不产生返流,需要40％的收缩期和5V的电压脉动。脉动流叶轮血泵同时在收缩期排血和充盈,跟隔膜血泵不一样。在实验室作溶血比较时,脉动流叶轮泵的溶血约为自制隔膜泵的1/6和丹麦产Polystan脉动泵的1/13;动物试验中,脉动流叶轮泵工作20小时,试验动物体内血细胞计数,血色素和红细胞容积均下降得不明显,血浆游离血红蛋白保持在50mg％以下。     

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。     

基于电机参数的离心式左心室辅助装置流量估算方法

目的 针对苏州同心医疗器械有限公司研制的CH-VAD型血泵进行研究,利用血泵中可获得的电压、电流、转速、占空比以及流体的黏度作为输入,建立实时估算血泵流量的方法.方法 将血泵系统拆解为电机和离心泵两个模块单独进行分析.首先根据电机的电压、电流、转速以及占空比计算得到电机的输出力矩,然后通过实验测试在不同转速和黏度下流量...     

采用永磁悬浮的永久性左心室辅助装置

研制出一台采用永磁轴承的左心室辅助装置（LVAD）。该装置包括一个定子和一个转子，采用径向驱动方式；转子包括驱动磁钢和叶轮，电机定子线圈和泵壳组成定子。装置设计采用了一种特殊结构的永磁轴承。转子的位置测量表明，转子稳定悬浮的前提条件是必须有较高的转速（大于3250r／min）且流量大于1L/min。用猪血为介质所做的液动力测试表明，当转速达到3500r／min～4000r／min时，血泵输出流量达到4L/min～6L/min，输出压力达到100mmHg。该装置重200g，最大处直径为40mm。     

基于激光三维扫描技术的微型轴流血泵叶轮加工精度检测

目的检测微型轴流血泵的转子叶轮加工精度,建立叶轮形状复杂的微型血泵叶轮加工精度检测方法。方法本文采用激光三维扫描技术获得FW-2型轴流血泵叶轮的点云,利用逆向工程软件Geomagic Studio对点云进行处理后建立三维模型。将建立的叶轮模型与设计的叶轮模型导人Geomagic Qualify软件进行对比,即可分析具有复杂曲面的FW-2型轴流血泵转子叶轮各个型面的加工精度。结果对比激光扫描得到的叶轮模型与设计的叶轮模型,结果显示FW-2型轴流血泵转子叶轮整体加工精度符合要求,只有极小区域加工精度较低。结论激光三维扫描结合逆向三维建模技术是微型血泵复杂叶轮的加工精度检测的有效方法。本研究为微型血泵叶轮检测提供了一种新思路, 对确定血泵使用过程中的血栓形成原因,改进血泵设计具有重要意义。     

自制轴流血泵溶血实验

在XZ-Ⅱ型轴流血泵基础上,通过计算机流体辅助设计,改进研制出XZ-ⅡA型轴流血泵,之前对其结构、材料、产热和动力学输出性能等做过论述[1],但是其体外溶血性能以及在体适应性都没有检测。这里通过体外模拟循环实验,初步检测XZ-ⅡA型轴流血泵体外溶血性能,通过动物在体实验衡量其在体适应性。试验测得XZ-ⅡA型轴流血泵体外实验NIH值为(0.0473±0.0165)mg/dL。四例实验动物16h在体辅助无机械故障,血泵辅助后实验动物血液FHb开始上升,平均最高达到(32.06±4.64)mg/dL。XZ-ⅡA型轴流血泵实验结果与国外同类型血泵比较不是很理想,应用于临床前仍需做大量改进。     

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。     

小型离心血泵的最佳化设计:泵体设计及血泵性能

我们为体外循环研制了一种小型化的离心血泵、它由一台微型的直流伺服马达直接驱动。通过体外实验,发现当叶轮的叶片与人口成20°角、与出口成50°角时,最有利于泵血容量和降低溶血。本研究项中,评价了螺旋线状泵体对血泵功能的影响,以确定最佳的泵体形状。与非螺旋线泵体的泵相     

一种新的连续性血液净化设备滚压泵直流电机驱动方法

根据实际连续性血液净化设备（CRRT）,选用滚压式血泵和直流电机搭建试验平台,按照CRRT机对血液流率、流速可调和长时间稳定要求,采用LM2678设计接口简单、易于控制的滚压式血泵直流电机新型功率驱动电路。由试验数据得到功率驱动电路在空载和带负载时输入、输出电压特性曲线（分3个工作区）;采用线性回归方法,分别构建正常工作（线性区）时这两种情况下系统特性的拟合曲线方程。试验结果表明：新型功率驱动电路的输入电压和输出电压具有良好线性关系,通过改变驱动电路输出电压,稳定调节直流电机转速,从而实现调节CRRT血泵流量。     

植入型微轴血泵的新用途

先天性心脏病的新生儿需进行短期的循环辅助以防心衰。此种辅助装置可用于心脏移植的过渡，进行数周的循环辅助，或仅做短期循环辅助以待患儿自身恢复。目前研制的系统为体外脉动或非脉动血泵。据德国的ＭａｒｓｅｉｌｌｅＯ报导一种可植入型的微型血泵可植在主动脉的位置，以完成患儿左室的全部水力输出，辅助患儿等待得到供体心脏或心脏功能恢复。目前德国亚琛的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ学院正在研制此种微轴血泵以使之能达到长期植入的要求。血泵由单期叶轮组成，由其近端的整合微型电动机驱动。考虑到长期使用的要求（数天或数周）血泵与电动…     

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.     

轴流血泵对心衰动物的辅助试验研究

选择 2 0只雄性健康成年绵羊 ,采用结扎冠脉方法建立心衰模型后 ,随机分为两组 ;心衰后实验组运用自制轴流血泵进行左心辅助 ,分别在结扎冠脉前、心衰后和左心辅助 1h测量两组动物各项血液动力学参数 ,探讨血泵的动力学输出和对衰竭心脏的辅助功能 ,并取标本进行光、电镜检查。通过测试实验组血液的FHB、Fib和主要器官的栓塞情况 ,观察血泵对血液的破坏程度。结果得出 :(1)选择性结扎冠脉比较适合作为LVAD的左心衰动物模型。 (2 )血泵的压力、流量输出能够达到辅助要求 ,血泵辅助流量可占总流量的 10 0 %。 (3)并联于左心房和腹主动脉的血泵是通过部分分流和提高主动脉舒张压方式促进心肌的恢复 ;病理检查结果与血液动力学结果推测一致。 (4 )实验组短期在体试验辅助 2 4h ,标准溶血指数NIH为 0 .0 8g/ 10 0L ,试验结束肾脏有散在白色斑块 ,血泵的进、出口与管道接口处覆盖一层薄薄白膜 ;血泵表面温度变化较小。     

血泵叶轮的流线型设计及其对溶血性能的影响

根据三元解析设计方法设计加工的血泵叶轮叶片 ,具有对数螺旋线形状。为研究不同的叶片数和螺旋角对溶血的影响 ,制作了两组共 5个叶轮。第一组叶轮具有不同叶片数 ,第二组叶轮具有不同叶片角 ,分别进行溶血比较试验。研究结果表明 ,叶片数为 6 ,对数螺旋角为 30°的叶轮溶血指数最低。这一结果同国外研究者推导泵最佳效率的理论分析结果是一致的     

XZ-Ⅱ型轴流血泵的流场分析

血液破坏是目前影响国产心室辅助装置(ventricular assist device,VAD)不能临床应用的主要障碍.方法本文中采用计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)工具设计XZ-Ⅱ型轴流血泵,并用计算流体力学(computationalfluid dynamics,CFD)方法进行泵内流场分析对VAD进行血液相容性研究.结果①血泵的压力流量输出可以满足心室辅助的要求;②流场中的最大剪切率出现在叶轮入口的地方,在整个叶轮端面保持了较高的剪切率,而且随着转速升高,剪切率增大,流量增加,剪切率也增大;③在叶轮相对径向流速以较高速度旋转时,在入口附近,流场保持层流状态,接近转子时,出现周向剪切速度,转子和泵壁之间的流场出现了不对称性,中下壁面出现较大波动,在叶轮附近,流场发生剧烈的变化,在靠近轮毂的地方会出现湍流,叶片之间出现较大的分离涡流,在出口导流叶片与叶轮的相接区域,流动出现局部回流,在狭窄的交接区域,出现流动滞止,流体进入导流叶片时,流动方向在此急剧变化会引起流动分离,从而影响了出口流速和流动的稳定性;④叶轮与出口导叶片接触端面压力变化剧烈.结论叶轮内部、叶轮与导叶片连接部分、出口导叶片内部流场不稳定容易形成涡流和流动停滞,容易形成血栓;叶轮与出口导叶片连接端面以及叶轮内部剪切力较高,容易产生溶血.