人工心脏血泵驱民机的控制研究

本文介绍了一种新颖的泵机合一结构的人工心脏叶轮血泵驱动电机的控制系统设计。该控制系统取消顺,采用反电热进行位置检测控制,结果使血泵可靠性提高,性能改善,长度缩短,连接线减少,更适合于临床应用。     

轴流式血泵的研究进展

轴流式血泵作为一种左心室辅助装置,对于心脏病患者尤其是等待移植的重症患者,具有重要的意义.本文介绍了目前世界上最流行的8种轴流式血泵的设计参数、实验结果以及临床应用现状,并对其发展前景进行了展望.     

人工心脏血泵驱动电机的控制研究

本文介绍了一种新颖的泵机合一结构的人工心脏叶轮血泵驱动电机的控制系统设计。该控制系统取消位置传感器 ,采用反电势进行位置检测控制 ,结果使血泵可靠性提高 ,性能改善 ,长度缩短 ,连接线减少 ,更适合于临床应用。     

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。     

无源磁浮人工心脏泵的改进型设计

磁力轴承没有机械接触，机械旋转泵应用磁力轴承后就可以解决机械磨损及轴承处产生血栓的问题，但是，国外使用的磁力轴承均是电磁铁加位置测量及反馈控制，不仅结构复杂，体积大，而且消耗附加电能，整个系统的可靠性也差，作者探索用永久磁铁制作磁力轴承，研制成改进型无源磁浮叶轮泵，泵的转子径向由永磁体磁力支承，转子的一端紧固着叶轮，另一端镶嵌磁钢；与转子磁钢相对，驱动电机线圈产生旋转磁场，驱动转子旋转，在实验室用生理盐水试验，当转子静止或低于4000rpm旋转时，转子磁钢在轴向同位于转子和定子之间的隔板有一点接触，接触点位于转子的轴线上，当转子转速逐渐增加至4000rpm以上，转子在轴向与定子脱离，从而实现完全磁浮，由于转子轴向磁浮由液动力产生，且转子磁钢有陀螺效应，所以转子在浮起的过程中运转非常平稳，当用作左心室辅助装置时，叶轮血泵工作转速范围在5000-8000rpm之间，所以实用时转子完全磁浮是不成问题的，无源磁浮技术是对Earnshaw理论（1842）及Braunbeck推论（1939）的重大补充，将在其它科技领域得到广泛应用。     

微型轴流式血泵材料表面处理技术分析

由于微型轴流式血泵置入心内的特殊部位，既要保证其血液相容性，又要保证组织相客性，与血液接触的材料表面，可选择r-水蛭素处理，以提高材料的血液相容性；与各种生物组织材料接触的表面一可选择纤连蛋白处理，使材料表面内皮化。以提高材料的组织相容性。     

小型离心式血泵的最佳设计

绪言最近pennington等对非容积形离心泵作为严重心功能不全的心脏辅助循环或直视心脏手术中体外循环的血液灌流用泵的临床应用进行了评价。作者着眼于这种非容积形泵的高可控性和易操作性,迄今为止,一直在从事构造简单且无瓣膜的小型离心式血泵的试制和研究工作。本血泵的特征是操作性良好,能将包括驱动装置在内的系统全体予以小型轻量化,而     

微型轴流式血泵叶轮的结构优化设计和流场有限元计算分析

微型轴流式血泵被广泛运用于短期心脏循环辅助,其重要指标是转速、扬程、流量和流场分布.采用计算流体力学方法对血泵流场进行了数值模拟,得到血泵的扬程和流场分布,验证得出:传统升力法不能满足要求.为此提出了两种新型的轴流血泵DAVa和DAVb,叶轮数4,外径18mm,内径6.3mm,长度21mm,从轮毂到轮缘径向5个均匀分布的截面分别采用NACA10-NACA6翼型,相邻切面的安装角差为内切面翼型安装角的1/3和1/2.流体计算结果:随着轮毂处安装角从50°增加到80°,DAVb的扬程均大于DAVa,DAVb扬程平缓增加,DAVa则在80°处有一个突增;DAVa的脱流和湍流、径向流都明显小于DAVb.由此得出,轴流泵的扬程和叶轮安装角成正比关系,采用较为合适的叶轮扭转度有利于减小湍流、尾流和径向流等不稳定流场损耗现象.     

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.     

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。     

一种轴流血泵的磁液双悬浮支承系统

【摘 要】 目的:为解决第三代血泵中磁力和液力悬浮系统体积偏大、发热多、水力性能差、血损严重等问题,提出一种磁液双悬浮支承系统。 方法:磁液双悬浮支承系统轴向靠磁力、径向靠径向液力共同实现转子的稳定悬浮;分别利用ANSYS电磁模块和楔形动压承载原理对轴向磁力、径向液力进行分析,利用Fluent对磁液双悬轴流血泵的水力性能进行仿真分析。 结果:对悬浮系统轴向、径向承载力的分析以及悬浮实验结果表明该系统可以实现稳定的悬浮;Fluent仿真及水力实验表明当血泵转子转速为9 500 r/min以上时,能满足人体需要。 结论:磁液双悬浮支承系统具有较好的悬浮性、水力性能,可作为第三代血泵进一步改进的选择方向。     

基于热流耦合的轴流式血泵温升影响因素研究

人工心脏已进入临床发展阶段，溶血现象是制约人工心脏长久使用的一大难题。不正常的温度条件会使红细胞的正常生理机能和形态发生改变，从而影响其携氧能力。为研究人工心脏正常运转时的温升情况，先利用Solidworks软件建立轴流式血泵的三维仿真模型，然后基于ANSYS Workbench软件对血泵整体进行热流耦合温度场仿真，探究了定子绕组相阻值、血泵转速、定子外壳和泵外壳之间的气隙导热系数以及血液导热系数对血泵及血液整体温升的影响。结果表明，在满足血泵供血要求的前提下，适当减小定子绕组相阻值、降低转速可有效降低血泵整体温升，而气隙物质和血液导热系数的变化对血泵整体温度的影响不是很明显。     

微型轴流血泵溶血的数值模拟

基于N-S方程和标准K-ε湍流模型,采用非结构网格技术,对微型轴流血泵内部三维流场进行了数值模拟,得到了速度场、压力场等流场细节;同时采用Lagrange粒子追踪法获得了沿不同流线的剪应力以及红细胞暴露接触时间的分布,并引入溶血计算的经验公式,计算对比了不同转速条件下血泵的溶血指标,重点分析了血泵在5L/min、8000r/min工况下的溶血性能,对于血泵溶血的估算,本方法是可行的.     

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。     

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。     

Development of an axial flow blood pump: Characteristics of a magnetic fluid seal

In the development of a rotary blood pump, one of the major problems is thrombus formation near the shaft seal. To solve this problem, a magnetic fluid seal was developed for use in an axial flow pump. A magnetic fluid seal has several advantages, including a high degree of airtightness, no wear or noise, no heat generation, and a simple structure. To determine the reliability of the seal, the sealing pressure, durability, and amount of magnetic fluid mixed with liquids were examined. The seal was composed of two ferromagnetic polepieces and a Nd−Fe−B magnet. The magnetic fluid (LS-40) was injected into the gap between the motor shaft and the polepieces. To minimize leakage of the magnetic fluid, a shield was provided on the polepiece on the liquid side. Sealing pressures at motor speeds up to 10 000 rpm were measured with the seal immersed in water or bovine blood. The sealing pressures were 195 mmHg in water and 173 mmHg in blood. The results of magnetic FEM showed that the theoretical sealing pressure was about 230 mmHg for motor speeds up to 10 000 rpm. This result was almost the same as the measured pressure in was 691+ days (ongoing) at 8000 rpm and 51 days, and 47+ days (ongoing) in a rotating condition. There was only a small amount of magnetic fluid mixed with the liquid. The especially designed magnetic fluid shaft seal is considered to be useful for an axial flow pump.     

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。     

流道型轴流血泵流体仿真与水力实验分析

为了研究血泵的水力性能,以课题组自制的流道型轴流血泵作为对象,通过计算流体动力学方法,建立血泵流体动力学分析模型,研究血泵叶轮的各个结构参数对血泵水力性能的影响,分别进行不同叶片数、轮毂比、叶型安装角、流道宽度、进出口轴径比参数下的血泵水力性能仿真计算与分析。此外,通过对比分析水力性能和流线图,研究前后导叶对血泵水力性能的影响。采用钛合金材料制作血泵实体,通过模拟人体血液循环回路形式搭建血泵水力试验台,流体介质采用纯净水和甘油混合配制而成的实验液体。在不同转速条件下,对血泵实际水力性能进行测试。水力实验结果表明,该流道型轴流血泵具有较好的水力性能,与计算流体动力学水力性能仿真结果能够较好地吻合,证明血泵性能可以初步满足人体生理需求。     

基于低功耗蓝牙定位技术的手术室移动设备定位管理系统的设计和实现

目的:开发一种基于低功耗蓝牙定位技术的手术室移动设备定位管理系统,用于追踪、查看和管理手术室内常用、贵重的麻醉设备。方法:本系统由硬件和软件组成,硬件主要由局域网交换机、蓝牙主机装置、蓝牙从机装置、服务器组成,软件主要是数据库、用户显示界面。利用局域网收集每个房间的蓝牙信号,通过服务器写入数据库,用户在电脑显示界面上搜索需要的设备即可显示位置。结果:本系统可以实现和获取医疗设备或仪器的工作位置,定位结果满足要求,系统工作稳定,界面一目了然,所有硬件维护少,体积小,充满1次电可以使用2年。结论:本系统解决了手术室内设备的定位问题,目前已在临床中使用,效果满意。