Ⅰ型血泵左心辅助循环动物实验研究

为了对Ⅰ型血泵进行深入研究以便在此基础上进行改进，我们选择９只心脏正常犬进行左心辅助动物实验，以验证该泵的血液动力学输出性能、对心脏的辅助功能及对血液的破坏程度。在动物实验中，血泵放入胸腔内，进口通过静脉插管经左心房耳插入左心房，出口经过动脉插管插入升主动脉。输液、测试、辅助管路接通后，控制血泵的辅助流量为心输出量的２５～３０％左右。结果显示：１．辅助流量在５００～６００ｍｌ／ｍｉｎ时，主动脉收缩压可达１３０ｍｍＨｇ，证明Ⅰ型血泵输出性能满足辅助时生理血液动力学要求。２．辅助后，主动脉舒张压和心脏总输出量均升高，提示此血泵对冠状动脉血流量的增加及心脏泵血具有辅助功能。３．辅助４小时后，血浆中游离血红蛋白含量由２．４ｍｇ／ｄｌ升高到３．１ｍｇ／ｄｌ，纤维蛋白未发生明显变化，说明此血泵对血液有较轻的破坏     

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。     

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。     

磁偶合驱动轴流式血泵的可行性研究

报道一种新的自行设计研制的磁偶合驱动轴流式血泵 ,电机采用自制的中空无刷直流电机 ,血泵进出口及叶轮在一条轴线上 ,使血泵内与流体力学有关的结构更为合理 ,对血泵性能进行了测试和验证 ,实验表明该泵的性能良好 ,其流体力学特性能满足临床体外循环及辅助循环的需要     

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。     

一种可植入式磁悬浮离心血泵的流场分析

目的 设计和研发满足心室辅助要求的植入式磁悬浮离心血泵.方法 应用计算机辅助设计(CAD)一种磁悬浮式的离心血泵,应用计算机流体力学方法对新型血泵的流场进行分析.结果 ①在血泵流道内血液流动无滞留区域.②叶轮底端血液由外向内进入中心悬浮装置下端,并经过中心悬浮装置与叶轮之间的空隙回流入叶轮中心.③叶轮上端血液回流入叶轮中心,并与流入道的血液汇合,重新流入凹槽内.结论 血液在血泵流道充分流动无滞留部位.叶轮上下端有部分血液回流可以使血泵工作效率降低,但回流的血液具有防止血栓形成、协助叶轮悬浮、防止局部过热的作用.血泵入口叶轮衔接部位及血泵出口衔接部位为潜在涡流区域.     

叶轮式心脏泵内防止血栓形成的新方法

叶轮血泵在解决血液相容性、可植入性及搏动流等一系列问题后，正面临使用耐久性的技术要求，即轴承的耐磨性及轴承处的抗血栓形成性能。为此，一种全新的方法应运而生。与过去采用滑动轴承不同，这次设计了一种滚动轴承，其摩擦约为滑动轴承的1／15。同时，滚子材料采用超高分子量聚乙烯，耐磨性是金属的8倍。根据相关技术资料，这种滚动轴承的寿命可达数年以上。为了防止轴承处形成血栓，血泵叶轮不仅周期性改变转速产生搏动流，同时作轴向往复运动。转子轴向运动是电机定子、转子间的电磁力和血流、叶轮间的液力相互作用的结果。与活塞泵相似，转子的轴向运动能使血液进入、排出轴承，每个周期可洗刷轴承一次，从而有利于防止在轴承和血泵中生成血栓．采用生理盐水进行寿命试验表明该新颖装置具有耐久性，有望能够永久性辅助病人的血液循环，并在不久的将来替代心脏移植。     

轴流泵在左心辅助装置中的应用

轴流泵在左心辅助装置中的应用北京心肺血管医疗研究中心─安贞医院蔺嫦燕左心辅助循环是通过一种辅助泵的装置，将左心的血液引流到泵内再注入主动脉系统，从而减轻左心室负担。采用这种血泵进行辅助循环时，通过左心室顺应性的改变和射血阻抗的降低，能明显改善左心室的...     

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。     

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。     

Up to 151 days of continuous animal perfusion with trivial heparin infusion by the application of a long-term durable antithrombogenic coating to a combination of a seal-less centrifugal pump and a diffusion membrane oxygenator

We developed a new coating material (Toyobo-National Cardiovascular Center coating) for medical devices that delivers high antithrombogenicity and long-term durability. We applied this coating to an extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) system, including the circuit tube, cannulae, a seal-less centrifugal pump, and a diffusion membrane oxygenator, to realize prolonged cardiopulmonary support with trivial anticoagulant infusion. The oxygenator consisted of a hollow-fiber membrane made of polymethylpentene, which allows the transfer of gas by diffusion through the membrane. The centrifugal pump was free of seals and had a pivot bearing. We performed a venoarterial bypass in a goat using this ECMO system, and the system was driven for 151 days with trivial anticoagulant infusion. Plasma leakage from the oxygenator did not occur and sufficient gas-exchange performance was well maintained. In the oxygenator, thrombus formation was present around the top and the distributor of the inlet portion and was very slight in the outlet portion. In the centrifugal blood pump, there was some wear in the female pivot region and quite small amounts of thrombus formation on the edge of the shroud; the pivot wear seemed to be the cause of the hemolysis observed after 20 weeks of perfusion and which resulted in the termination of the perfusion. However, no significant amounts of thrombus were observed in other parts of the system. This ECMO system showed potential for long-term cardiopulmonary support with minimal use of systemic anticoagulants.     

新一代左心室磁悬浮辅助泵血流动力学分析

目的降低左心室磁悬浮辅助泵的血栓形成概率和溶血风险,提升辅助泵供血效率。方法利用计算流体动力学方法,研究泵体出口直径、出口角度、出口与泵内壁面连接处圆角尺寸和转子与壳体间间隙对流场的影响,优化泵体内部结构,改善流体动力学性能。结果新一代左心室磁悬浮辅助泵与上一代辅助泵相比,泵内壁面最大壁面剪切应力(wall shear stress,WSS)降低约23. 6%,辅助泵内转子壁面最大WSS降低约47. 4%,WSS200 Pa区域面积降低约76. 2%,出口流量提升约14. 4%。结论新一代左心室磁悬浮辅助泵内部血流流迹趋于平缓,血流流体动力学性能有综合提升。研究结果为今后左心室磁悬浮辅助泵的优化设计及相关实验研究提供参考依据。     

Observation of cavitation pits on mechanical heart valve surfaces in an artificial heart used in in vitro testing

Our group has developed an electrohydraulic total artificial heart (EHTAH) with two diaphragm-type blood pumps. Cavitation in a mechanical heart valve (MHV) causes valve surface damage. The objective of this study was to investigate the possibility of estimating the MHV cavitation intensity using the slope of the driving pressure just before valve closure in this artificial heart. Twenty-five and twenty-three-millimeter Medtronic Hall valves were mounted at the inlet and outlet ports, respectively, of both pumps. The EHTAH was connected to the experimental endurance tester developed by our group, and tested under physiological pressure conditions. Cavitation pits could be seen on the inlet valve surface and on the outlet valve surface of the right and left blood pumps. The pits on the inlet valves were more severe than those on the outlet valves in both blood pumps, and the cavitation pits on the inlet valve of the left blood pump were more severe than those on the inlet valve of the right blood pump. The longer the pump running time, the more severe the cavitation pits on the valve surfaces. Cavitation pits were concentrated near the contact area with the valve stop. The major cause of these pits was the squeeze flow between the leaflet and valve stop.     

一种经皮植入式左心辅助装置的泵流量测试

目的 研究设计一种能用于心血管急危重症的经皮植入式左心辅助装置（血泵）。方法 根据机翼理论,设计一种经皮植入的左心辅助装置,通过测量3种不同参数（叶片旋转角度、血泵出水口距离、血泵出水口长度）的血泵所能产生的流量,最终选择最优化的血泵设计。结果 经过简易流量测定装置测量,当血泵采取单叶设计,血泵叶片的旋转角度为720°时,或血泵出水口与叶片的距离为0 mm时,血泵出水口长度为4 mm时,血泵流量最大。结论 选择能产生最大流量的参数值,研制出一种可在体外正常运转的经皮植入式左心辅助装置,为最终研制一种可用于临床的经皮植入式左心辅助装置提供理论和数据支持。     

轴流式左心辅助泵的出口管道流场PIV 实验研究

研究轴流式左心辅助泵的出口管道内血流流场的分布情况,根据流动特性与血栓形成的关系,分析轴流血泵管道内的血栓形成风险。用二维粒子成像测速(PIV)系统测试轴流式左心辅助泵的出口管道中心截面内血液沿管道的流动情况,用三维粒子成像测速系统测试整个管道内的血液流动情况,实验过程中辅助泵的转速为（10 000±20）r/min,流量为8.05 L/min,通过分析出口管道内的血液流场结果,预测左心辅助泵管道内的血栓形成可能。结果表明,辅助泵的出口附近血液存在螺旋流动和明显的垂直于管壁的流动,但在流动中逐渐降低,整个管道内不存在回流、涡流和低速流动区域,管道内血液沿管道的流动速度在管壁边界层外由0 m/s迅速增大到极大值1.0 m/s以上。沿管道方向,管道内的血液流速分布范围由0.7 ～2.2 m/s降低至1.0 ～1.5 m/s。泵的出口附近紊流度为0.31,距离泵的出口较远处的紊流度降低至0.15,血液流动趋于平稳。由于管道内的流动平稳且不存在回流、涡流和低速流动区域,因此不易形成血栓。出口管道有助于消除轴流式左心辅助泵流出血液的螺旋流动和紊流,使血流平稳,减少对人主动脉的损伤。     

Flow visualization for different port angles of a pulsatile ventricular assist device

The "washout effect" inside a blood pump may depend in part on the configuration of the blood pump, including its "port angle." The port angle, which is primarily decided based on anatomical considerations, may also be important from the rheological viewpoint. In our department, a next-generation diaphragm-type blood pump is being developed. In this study, we examined the influence of the port angle on flow conditions inside our new blood pump. Acrylic resin mock pumps with three different port angles (0°, 30°, and 45°) were prepared for flow visualization. Mechanical monoleaflet valves were mounted on the inlet and outlet ports of the mock pumps. Flow conditions within the mock pumps were visualized by means of particle image velocimetry during a half stroke. As a result, a high flow velocity region was seen along the main circular flow from the inlet to the outlet port. This circular flow was almost uniform and parallel to the plane of the diaphragm-housing junction (DhJ) when viewed from the inlet and outlet sides. Moreover, the proportion of high flow velocity vectors in the plane in the vicinity of the DhJ decreased as the degree of the port angle increased. In conclusion, we found that the flow behavior in the plane in the vicinity of the DhJ changed with the port angle, and that a port angle of 0° may be suitable for our diaphragm-type blood pump in view of the washout effect.     

Pivot wear of a centrifugal blood pump developed for circulatory assist

We are developing a monopivot centrifugal pump for circulatory assist for a period of more than 2 weeks. The impeller is supported by a pivot bearing at one end and by a passive magnetic bearing at the other. The pivot undergoes concentrated exposure to the phenomena of wear, hemolysis, and thrombus formation. The pivot durability, especially regarding the combination of male/female pivot radii, was examined through rotating wear tests and animal tests. As a result, combinations of similar radii for the male/female pivots were found to provide improved pump durability. In the extreme case, the no-gap combination would result in no thrombus formation.     

主动脉内经皮左心室辅助泵出口处流场非定常模拟分析及其影响

目的:分析主动脉内经皮左心室辅助泵出口处的径向血流及其对主动脉内皮细胞造成损伤的可能性。方法:运用计算流体力学（CFD）对一款经皮左心室辅助泵在主动脉直径分别为20、30、40 mm 3种情况下进行非定常数值仿真,分析血泵出口处的流场分布。通过研究其速度、压力和剪切应力分布情况来分析血泵径向血流对主动脉血管内皮细胞的影响。结果:数据结果显示,血泵出口处的径向血流对3个模型额外增加的正应力分别为24、17、8 mmHg,近壁面剪切应力大于25 Pa的比例分别为19.3%、13.6%、3.0%。结论:实验表明,经皮左心室辅助泵的植入会增大主动脉压和近壁面剪切应力,而且主动脉直径越小,其效果越明显,因此对于主动脉直径偏小、患有高血压或动脉病变的患者应谨慎使用。     

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。