短期辅助用直流电磁驱动搏动式血泵设计与测试

设计一种直流电磁驱动搏动式血泵并测试样机性能指标。首先,提出一种通过直流螺线管使永磁体进行往复直线运动的驱动方法,并通过螺线管内部磁场的数值模拟设计内部磁场趋于匀强磁场的补偿螺线管结构,结合两者设计直流电磁驱动搏动式血泵。然后,通过制作样机并搭建加速度实验台,测量接入不同直流电流时血泵样机可提供的磁力驱动力,并验证通电螺线管发热问题。最后,搭建流量实验台,在前、后负荷范围分别为5~30和50~80 mmHg的情况下,测量血泵样机的流量性能指标。血泵样机提供的磁力驱动力与电流呈正相关线性关系,并且在接入2.7 A的电流时,其数值大小即可满足驱动要求;在接入的直流电流为2.7 A且血泵驱动频率为80 次·min^-1时,一方面通电螺线管与血液接触的内表面温度上升1 ℃后平稳在27 ℃,另一方面除了前、后负荷压差达到70 mmHg及以上,血泵样机流量均大于3.0 L·min^-1。该直流电磁驱动血泵满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,且对体外循环血泵的发展具有重要意义。     

离心型人工心脏电动叶轮血泵的左心室辅助动物长期存活试验研究

自制离心型人工心脏电动叶轮血泵在１８头小公牛身上行左心室辅助存活试验，其中有三头实验牛分别存活６２、５４、４６ｄ，试验期动物血液参数和器官功能无明显变化，证明该装置的血液相容性已经达到设计要求，动物死亡或实验终结，均由血泵内轴承磨损引起。因此，研制磁力轴承替代机械轴承，以避免机械磨损，是实现离心型人工心脏电动叶轮血泵突破性进展的关键。     

离心型人工心脏电动叶轮血泵的的左心室辅助动物长期存…

自制离心型人工心脏电动叶轮血泵在１８头小化牛身上行左心室辅助存活试验，其中有三头实验牛分别存活６２、５４、４６ｄ，试验期动物血液参数和器明显变化，证明该装置的血液相容性已经达到设计要求，动物死亡或实验终结，均由血泵内轴承磨损引起。因此，研制磁力轴承替代机械轴承，以避免机械磨损，是实现离心型人工心脏电动叶轮血泵突破性进展的关键。     

外磁驱动轴流式血泵磁场分布及红细胞电磁特性分析

外磁驱动轴流式血泵较强的磁场强度会对血液及周围组织细胞产生影响,因此对血泵及其周围红细胞进行电磁场理论计算和仿真分析。利用ANSYS Electronics Desktop中3D瞬态磁场模块对血泵进行瞬态磁场仿真,用理论方法建立细胞膜磁场分布模型,综合利用3D瞬态电场和磁场模块对红细胞膜及其内外电磁场进行研究。给出了血泵稳定状态时的3D和2D磁感应强度分布云图,得到了细胞膜受到的最大磁感应强度值;通过最大磁感应强度值和血泵工况特点得到红细胞膜电场时域上的分布规律和幅值;综合细胞膜静息电位得到细胞膜电场耦合分布规律;基于以上条件求得细胞膜上感应磁场分布及细胞膜所受最大磁场力。尽管钕铁硼材料剩余磁感应强度很大,但血液和红细胞所受最大磁感应强度值仅为812 mT。由此得到的各项红细胞电磁特性参数值可为红细胞受驱动磁场影响下受到的电磁损伤和血泵的临床应用以及优化设计提供理论基础。     

电磁搏动式血泵的温度场仿真分析

电磁搏动式血泵是基于电磁感应原理制作而成的，长时间通电工作会引起血泵升温。如果血泵温度过高会使血泵损坏，甚至可能使泵内循环血液温度过高，对血液成分造成破坏甚至威胁生命，因此研究电磁搏动式血泵温度，对其进行温度场分析是必要的。通过使用有限元分析软件对血泵进行温度场分析，可以直观观察血泵工作温度。仿真结果表明，在设定电磁搏动式血泵工作1 h情况下，血泵温度最高处在驱动绕组处，最高温度为100.3℃，泵内与37.0℃循环血液接触面的温度变化不大,最高温度为37.5℃，因此电磁搏动式血泵不会对血液成分造成破坏，但是需要对驱动绕组进行降温处理以免破坏血泵,对循环血液造成影响。     

基于计算流体动力学的新型电磁驱动搏动式灌注血泵泵头优化分析

目的应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对电磁驱动搏动式灌注血泵流场进行仿真分析,通过改进泵头结构改善血液在血泵的流动状态,提升其抗溶血性能。方法应用Fluent 17. 0分析泵头结构变化对泵内流场的影响,通过血液流入和流出的4次仿真实验,分析内部液体的流线分布、中轴面上的湍流动能分布、血液流经泵头的压力损失和模型表面受到的切应力。结果在4次实验中,泵头入口与出口管路对称且与对称轴的夹角α=30°时,液体流线无明显紊乱,湍流程度较低;实验1中压力损失最小,为376. 8 Pa;实验1、2中的最大切应力分别为258. 6、302. 8 Pa,符合压力损失和溶血程度等血泵生物力学性能要求。选择α=30°模型为该电磁驱动搏动式灌注血泵的泵头结构,并通过3D打印技术进行制作。结论经过对泵头的优化分析,血泵溶血性能得到改善。研究结果可以运用到新型电磁驱动搏动式灌注血泵的设计与实验中。     

五种叶轮血泵体外溶血试验的研究

血泵的标准溶血指数反映了它对血液的破坏程度，是衡量血泵性能的一个重要指标，选用I型离心，II型轴流，磁耦合，I型和II型螺旋混流5种叶轮血泵，用新鲜抗凝羊血500ml，平均压力100mmHg，流量5L／min,在转泵0，0．5，1．0…4．0h后，测量血浆游离血红蛋白含量和血泵出口处的表面温度，计算标准溶血指数。结果表明，5种血泵的转速，温度变化与溶血指数是没有直接关系的，由结构形成的运动流场是对血液造成破坏的主要原因。本文对5种血泵的温度变化，转速和溶血之间的关系做一探讨。     

三种叶片式血泵的体外溶血试验研究

血泵对血液的破坏程度是衡量血泵性能的一个重要指标。本文针对三种叶片式血泵即离心泵、轴流泵、混流泵的溶血试验做一比较分析。在试验中 ,选用了我们研制的Ⅰ型离心血泵、磁耦合型轴流血泵、螺旋混流泵。在一封闭管道中 ,注入新鲜抗凝羊血 5 0 0ml,水浴温度 37℃ ,血泵辅助流量为 5L min ,平均压力10 0mmHg,分别在泵转后 0、 0 5、 1 0、 1 5、… 4 0h测量血浆中游离血红蛋白 (FHB)和纤维蛋白原 (FIB)含量 ,最后计算出三个血泵整个过程中的标准溶血指数NIH。结果表明三种血泵对血液都有一定的破坏 ,它们的NIH值分别为 0 112 5± 0 0 15 7g 10 0L、 0 0 931± 0 0 137g 10 0L和 0 0 5 6 1± 0 0 0 5 8g 10 0L ,由此可得出混流泵对血液的破坏最小。     

人工心脏电动叶轮血泵的动物实验研究

作者报道了左心室辅助及双心室辅助叶轮血泵的急性实验和存活实验。证明离心型人工心脏在可植入性，血液相容性及机械可靠性等方面具有一定优势。并讨论了叶轮血泵的密封问题，从而为叶轮血泵的进一步动物实验，为过渡至急性心脏梗塞后心源性休克和心脏手术后的短期辅助为目标的临床应用准备条件，对于心脏移植前心室辅助超过２周甚至长达数月的叶轮血泵尚需作进一步的研究。     

流道型轴流血泵支承结构设计与分析

目的:为了改善电磁轴承结构复杂、体积偏大,液力轴承承载力小、不能在较大负载下工作的弊端,提出一种流道型磁液悬浮轴流血泵,提高血泵承载能力。方法:流道型轴流血泵轴向采用永磁力进行支承,径向采用转子叶轮的流道结构产生的液力悬浮;利用Ansys对轴向瞬态磁场进行仿真,对磁力变化进行研究,利用Fluent对不同开槽方向、角度、深度的径向液力进行仿真,对液力变化进行研究。结果:根据轴向磁力随位移的变化,得出磁力最大为2.9 N,楔形开槽结构倾斜角为28°,开槽数为5,槽深0.36 mm,叶顶间隙为0.40 mm,性能达到最优,能满足人体使用。结论:流道型轴流血泵相对于普通磁液悬浮血泵有更高的承载力,较好的悬浮性能,为轴流血泵的优化研究提供了新的思路。     

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。     

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。     

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。     

基于BP神经网络的旋转血泵生理控制

提出一种基于BP神经网络的旋转血泵生理控制方法,实现血泵植入者生理状态变化下控制器的自适应调节。控制器以临床主动脉平均压100 mmHg作为控制目标,利用神经网络自动学习的特性,采用3层神经网络在循环系统生理状态发生变化时在线调优血泵PID控制器的参数。该控制方法在血液循环系统数学模型中进行数值模拟验证,分别在模拟左心室衰竭、体循环阻力发生生理变化以及左心室收缩能力动态变化等条件下,接入改进后的PID控制器控制血泵转速,使循环系统中主动脉压力达到设定的正常值。结果表明,在上述多种不同的生理状态下,基于BP神经网络改进后的PID控制器均可以克服扰动,在经过约150 s调整时间后达到主动脉平均压100 mmHg的控制目标,并且稳态误差为零。该控制方法可以适应循环系统多种生理状态的变化,为后续的体外和动物试验提供有效的旋转血泵控制方法。     

听觉诱发磁场在临床医学中的应用

脑磁图（magnetoencephalography，MEG）是一种无创伤性测定脑电磁活动的技术，主要测定脑皮层神经元细胞内电流产生的微弱磁场。1968年Cohen在麻省理工学院磁屏蔽室内使用诱导线圈和信号叠加技术首次测量了脑的仪节律产生的磁场。1969年超导量子干涉仪（super-conducting quantum interfere device，SQUID）的发明，     

血泵驱动电机的生理控制策略研究

目的在分析现有血泵电机驱动控制策略的基础上,以外磁场驱动轴流式血泵为研究对象,提出基于心室功的血泵驱动电机控制策略,使血泵的输出控制模拟心脏输出的工作机制,提高受体的生活质量。方法建立主动脉瓣处包含血液动力学参数的压力和流量方程,设计了血泵的控制系统及实现方法;以常态和病态血液动力学参数作为例子,对控制目标模型进行仿真;实验严格控制系统的可行性。结果不论是常态还是病态,主动脉瓣处仿真压力与临床数据基本相符;血泵电机的输出与控制目标模型相符,控制系统的响应满足控制性能的要求。结论以心室功作为血泵的控制目标容易满足受体的生理要求,使血泵电机运行在最佳工作状态,为基于生理机制的血泵控制提供一种方法。     

人工心脏电动叶轮血泵动物试验及临床试用

研制的叶轮血泵在动物小公牛身上做左心室辅助存活试验，其中三头牛存活约２个月，血液生化检测表明，动物血液成分及器官功能均未有显著改变。     

一种新型可植入式磁悬浮离心血泵的温度场分析

研究一种新型可植入式磁悬浮离心血泵的温度场情况.采用计算机辅助设计工具设计一种磁悬浮离心血泵,对血泵模型进行简化处理后导入到有限元分析软件中进行温度场分析.结果表明:在标准负荷下电机约在开始运转后250 s达到热平衡.血泵温升最高处为电机绕组,最高温度38.4℃,其次为铁心部分温度为38.3℃.血泵整体温升均不超过2℃.在设定的最大运转负荷状态下电机也在250 s达到热平衡.温升最高处仍为电机绕组,局部最高温度为39.963℃.与血液相接触的泵壳最高温度为39.3℃.血泵在标准负荷下温升符合要求.在最大负荷状态下电机绕组与铁芯温升超过要求,但可以通过减少电机产热,改良为上下双电机及增加上泵壳下血流量来减少局部过热问题.     

流线型设计在人工心脏的应用

血栓形成是当前人工心脏研究中急需解决的首要问题。最易形成血栓的区域是涡流区、高切应力区、滞流区和重复附着区(reattachment)。从流变学和血液动力学出发,这些不规则的流动模式可以通过改善边界条件而消除。流线型设计便是其中的一种方法。本文介绍流线型设计在离心型叶轮血泵和排积型隔膜血泵的应用和结果。理论和实践均表明:在飞机、船舶和汽车制造业广泛应用的流线型设计,也是人工心脏抗血栓形成的通用技术。     

基于主动脉内血泵的集中参数模型研究

目的为研究主动脉内血泵出入口的压力差和血液流率之间的关系,并以此预测血泵的血流动力学参数,建立主动脉内血泵非线性集中参数模型。方法该模型依靠血泵本体参数,不包含循环系统的血流动力学参数。模型包括:电流源,与血泵转速相关,表示被血泵叶轮推出的流率;内阻,用来模拟主动脉内血泵径向间隙之间的阻力;电感,表示流过主动脉内血泵径向间隙的血液的惯性。结果模型可模拟从肺淤血到心室塌陷等各种心脏的生理状态。通过模型得到了血泵的特征方程,方程中参数值由体外循环实验确定。结论通过比较预测血泵压力差和实际测量压力差验证特征方程准确性,结果显示误差小于5%,因此该模型能够准确预测血泵压力差。