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。     

基于电磁驱动的体外膜肺氧合搏动式泵血系统

根据电磁学原理建立梯度线圈-永磁体模型,本研究设计了一款新型电磁驱动搏动式血泵,主要包括驱动装置、泵头装置、冷却系统以及体外循环管路等.搏动式血泵运动速率接近正常人体心率,模仿心脏的节律跳动,产生搏动式血流,实现了搏动式泵血.通过搭建实验平台,采集基于电磁驱动的体外膜肺氧合(extracorporeal membran...     

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。     

磁耦合驱动搏动式血泵的可行性研究

目的提出一种磁耦合驱动搏动式血泵结构并验证其可行性。方法基于磁场传递往复作用力模型以及推拉互挽式结构设计磁耦合驱动搏动血泵,通过建立磁力驱动模型,计算耦合力大小,制作样机并对样机进行体外循环模拟试验,获得压力和流量实验数据。结果采用生理盐水作为循环介质,固定后负荷,增加前负荷,血泵输出量减少,没有明显线性趋势;固定前负荷,增加后负荷,血泵输出量减少,且具有一定线性趋势。设置驱动频率为75次/min时,调节前、后负荷改变范围分别为0.665~3.990 k Pa(5~30 mm Hg)和5.320~11.970 k Pa(5~30 mm Hg),可使输出量在保证线性关系条件下达到2.0~3.1 L/min。结论该搏动式血泵流体力学特性基本满足体外膜肺循环的需要,仍需进一步研究和改进;研究结果具有重要的应用前景,尤其对替代目前临床体外膜肺氧合设备的血泵装置具有重要意义。     

新型电磁搏动式血泵的实验研究

目的探究一种新型电磁搏动式血泵的动力输出性能及血液相容性。方法首先通过建立理论模型对该血泵驱动力进行分析,并基于该模型计算出满足条件的实验驱动电压。设计体外模拟循环实验,对新型血泵的输出流量和输出压力特性及血泵的体外溶血性能进行初步实验研究。结果实验测得当血泵后负荷为73.5 mmHg(9.78 kPa, 1 mmHg=0.133 kPa)、驱动电压达到35 V、搏动频率为75/min时,实际输出的流量为3.18 L/min,可以提供高压132 mmHg(17.56 kPa)、低压66 mmHg(8.78 kPa)、平均压力98 mmHg(13.03 kPa),体外实验标准溶血指数(normalized index of haematolysis, NIH)为(0.049 15±0.003 75) mg/dL。结论该新型搏动式血泵能够满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,对体外循环血泵的发展具有重要意义。     

往复式电磁铁驱动搏动式血泵的可行性研究

目的为了得到更适合血液循环的动力装置,提出一种用于体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)系统由电磁铁驱动的搏动式血泵,并研究其可行性。方法首先利用电磁原理设计出电磁驱动机构,主要部件包括对称的两个电磁铁和压簧,两个电磁铁交替通电下使得动铁芯往复运动;利用容积控制原理,泵腔在动铁芯的驱动下收缩舒张;然后根据上述原理设计出血泵模型,包括电磁驱动部件和泵腔;最后建立包括血泵、电路控制部分、示波器、加速度传感器、输入输出管路和储液池的试验台,对血泵模型进行驱动力和流量输出测试。结果血泵模型在通电电压7～12 V时动铁芯的初始驱动力为2. 97～8. 00 N。血泵模型产生的初始驱动力与工作电压呈正相关非线性关系,当通入电压12 V时血泵模型初始驱动力满足要求。当前压与后压为0、频率80次/min、工作电压7～12 V时的流量输出为0. 97～3. 81 L/min。当前压与后压为0,工作电压12 V、频率60～90次/min时的流量输出为3. 1～3. 8 L/min。当工作电压12 V、频率80次/min、前压0～40 cm H2O和后压50～110 cm H2O时的流量输出为0. 55～3. 59 L/min。血泵流量与工作电压和频率呈正相关,与后压呈负相关,与前压无显著性相关。结论往复式电磁铁驱动搏动式血泵基本满足ECMO临床要求,具有广泛的应用前景,对体外循环血泵的发展具有重要意义,但仍需进一步研究和改进。     

搏动式血泵的电磁驱动装置设计及可行性研究

为了实现搏动式血泵的驱动,设计了一种新型电磁驱动装置。基于模拟体外循环实验对装置进行相关的可行性实验研究。研究结果表明:驱动线圈结构设计过程科学合理,且驱动力规律满足血泵驱动要求;平均灌注压与驱动电流的线性拟合方程为y=33. 074x+6. 6563,R^2=0. 9784,表明该驱动装置能够按照设定的压力值输出搏动流以满足实际应用需求。装置的驱动效率为21. 83%。研究表明我们所设计的新型驱动装置能够作为搏动式血泵驱动。     

基于CFD技术的Sarns离心式血泵流动特性分析

目的应用专业计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）分析软件FLUENT,对一种具有长短叶片的Sarns离心式血泵的内部流场进行三维数值模拟。方法利用Solidworks软件对Sams型血泵进行三维建模,然后对所建模型网格处理,通过选取标准,κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,具体分析了内部流动状态、压力分布、壁面剪切力等流场特性。结果结果表明,该离心泵内部流场分布较不匀,叶片及血泵出口处有回流和旋涡现象,剪切力大小基本处于致红细胞破碎的临界状态之下,高转速下剪切力最大,主要分布在叶轮区域,但暴露时间极短,基本满足血液生理要求。结论该研究为Sarns血泵的进一步优化提供了理论基础。     

基于CFD的液悬浮人工心脏泵叶轮入口优化分析

目的应用计算流体动力学方法(computational fluid dynamics,CFD)对离心式双向液力悬浮人工心脏血泵流场进行仿真分析,通过改进叶轮入口结构来改善血液在血泵的流动状态,从而提升其抗溶血性能。方法从影响血泵溶血性能的角度考虑,基于N-S方程和k-ε标准双方程湍流模型,应用软件FLUENT6.3对离心式人工心脏血泵流场进行数值模拟,分析在设计工况下,叶轮入口处的结构变化对泵内流场的影响,以及流场中最大速度与溶血水平之间的关系,并根据流场分析结果对血泵叶轮入口进行优化。结果经过优化,血泵内流场紊乱现象得到改善,影响溶血值的切应力和曝光时间均有所降低,溶血性能得到改善。同时,对于离心式双向液力悬浮血泵,在设计工况下,其流场中最大速度有作为流场优化过程中的直观指标参数的潜力。结论该研究的仿真分析可为离心式双向液力悬浮人工心脏的设计积累一定经验。     

基于溶血性能的离心式旋转血泵设计

溶血性能是衡量血泵性能的一个重要指标.基于平均剪切应力模型,通过减少红细胞流经叶轮的时间和降低它在此过程中所受平均剪切应力的方法,对离心血泵进行设计,进而改善溶血性能.采用商用流体仿真软件Fluent,对血泵内的三维不可压湍流流场进行数值模拟,得到红细胞在血泵内的流动迹线和流动参数;应用溶血估算公式,分析不同流量下血泵的溶血性能,计算得到溶血估算值在0.006-0.015之间,有较好的溶血性能,满足血泵对溶血性能的要求.     

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.     

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。     

基于计算流体力学方法进行不同个体的主动脉弓内血流模拟对比分析

目的:应用医学CT图像数据三维重构技术和计算流体力学方法进行人体主动脉内血流数值模拟分析,通过对不同个体正常主动脉弓内血流数值模拟获得的血流动力学参数进行比较,分析讨论血流动力学参数与血管结构形状的关系及对血液流动的影响,为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据。方法:应用医学图像后处理软件对通过临床获得的增强CT二维医学图像数据进行处理重构而得到不同个体的主动脉弓三维立体模型并转化为可用于模拟计算的CAD模型。应用CFD软件模拟主动脉弓内的血流情况,获得相关血流动力学参数。结果:计算得到了不同个体主动脉弓在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:计算流体力学数值模拟方法为个体主动脉弓内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。在心动周期内主动脉弓弯曲处存压力变化明显,出现漩涡等复杂血液流动现象,为研究血流动力学及各种脉管疾病提供一定的理论依据。     

运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

目的 设计、开发在性能上能满足左心室辅助要求的轴流式心脏辅助泵。方法 使用Numeca软件和运用现代叶轮机设计技术对人工心脏轴流血泵的内部流场情况进行数值模拟，对局部的回流、倒流和涡流现象进行改进，根据最终的数值模拟结果对流道和叶型进行设计。然后，对外轴承方案也进行数值模拟。结果 通过Numeca软件的数值模拟后改进，大大抑制了轴流泵内部的混乱流动，改善了流动状况，提高了轴流泵的血液相容性。对外轴承方案进行初步的数值模拟结果表明，随着机匣扩展角的增加，倒流现象逐渐得到抑制，流动情况得到改善。结论 本研究应用Numeca软件和现代叶轮机设计技术开发设计的轴流泵，在流体力学性能和血液相容性能上达到了左心室心脏泵的辅助要求。具有创新性的外轴承方案值得进一步探索。     

螺旋血泵的CFD分析

溶血和血栓是目前国内心室辅助装置不能应用于临床的主要原因。血泵的不良血液动力学特性是导致溶血和血栓的主要因数。计算流体力学（CFD）方法目前被广泛应用于血泵设计,它可以准确有效地反映血泵内部流场状态、血泵压力流量曲线以及血泵内部流场剪切力分布状态等。本研究采用CFD方法对自制螺旋血泵的泵腔、出入流口进行流场分析,内部流场采用三维彩图显示。结果显示CFD分析结果很好的与体外实验结果吻合。血泵血液动力学特性,以及内部血流状态采用CFD方法分析,可以有效地分析血泵血液相溶性方面的问题。     

肺高压相关肺循环血流动力学计算模拟研究进展

肺高压（pulmonary hypertension,PH）是由不同病因引起、以肺血管阻力和压力进行性升高为特点的一种致死性疾病,异常血流动力学在其发生发展中具有重要作用。计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）作为一种新方法 应用于临床研究中,可无创获取患者个体化病灶部位三维空间任一点的血流动力学指标,并可通过可视化技术将其呈现,逐渐成为一种可深入了解血流相关疾病进展的有力工具。对近年来CFD应用于肺高压相关肺循环血流动力学研究中涉及的数值模拟方法、边界条件、血液特性以及主要的血流动力学参数进行综合阐述。     

一种血管内支架的有限元模型及计算流体动力学分析

支架植入所造成的血栓、血管损伤及其对血流动力学的影响是造成支架内再狭窄的主要原因。我们利用有限元模型与计算流体动力学的方法,分析了一种支架在植入过程中与斑块、血管的相互作用及其对血流情况的影响。结果发现：支架植入后端部发生翘起,这容易损伤血管壁;支架植入模型所对应的即刻回缩率明显高于支架自身的回缩率,其结果分别为12.3%、3.1%;支架壁厚与连接筋设计能够引起血管壁面剪应力的明显变化。这对于血管内支架的设计具有一定的指导意义。