基于两级级联神经网络估计血泵转速及压力变化对血流量的影响

背景:对人工心脏输出流量进行及时精确的检测直接关系到人工心脏在动物实验及临床应用中的效果,但实现起来却比较困难。目的:探究辅助循环过程中,心血管血流动力学参数如何反映血泵的工作状态?通过体外辅助循环实验,结合理论分析法,以得到掌握血泵流量特性的神经网络结果。方法:为了正确地评估和检测心室辅助装置中血泵的工作状态,建立两种不同类型的神经网络级联模型,评估血泵转速、压力的连续变化对流量的影响。在第一级中,运用BP神经网络来评估在血泵不同转速下连续变化的压力对流量的影响;在第二级中,运用径向基网络估计血泵转速连续变化对流量的影响。结果与结论:将经训练的级联网络应用于评估转速、压力对流量造成的影响,其结果与以往的方法相比显示了很好的评估能力。     

永久性叶轮式左心室辅助装置的研究

背景：绝大多数研究者都采用电磁轴承来实现叶轮血泵转子的悬浮，同时会带来一系列新的问题，比如装置的结构和控制更加复杂，消耗控制电能，增加了装置的体积和重量。目的：采用永磁轴承和液膜轴承设计无源磁悬浮心室辅助装置，并与电磁磁悬浮方法设计的心室辅助装置进行比较。方法：装置由径向驱动，仅包含一个定子和一个转子。转子由驱动磁钢和叶轮组成；电机线圈和泵壳组成定子。在装置的两端安装两付永磁轴承，为转子提供轴向悬浮力。同时，通过机械设计方法在血泵内部形成液膜轴承，产生径向的液膜动压力使转子在工作转速条件下能够径向悬浮。结果：装置重200g，直径40m。转子的位置测量实验表明，当血泵的转子转速超过3250r／min、流量大于1 L／min时转子能够悬浮起来；装置的血动力学试验表明，转子转速达到3500～4000 r／min时，血泵输出流量可达4～6 L／min，压力达到100mmHg，可以满足临床心室辅助的要求。结论：采用永磁轴承和液膜轴承设计永久性心室辅助装置的思路是可行的，装置不仅可以输出符合心室辅助要求的流量和压力，而且装置的设计比电磁磁浮血泵更加简洁、不需要人为控制，而且体积小、质量轻，提高了可植人性。     

基于心率的主动脉血泵流量控制

背景：随着人工心脏研究和应用的不断发展,在装置的性能上,人们希望它能符合自然心脏的生理机制,满足受者的生理需求。目的：针对主动脉血泵的控制,提出了基于心率的血泵流量控制算法。方法：通过分析心率与流量之间的关系,建立了心率与流量的关系模型,并根据人体心率流量关系验证血泵流量模型的准确性。运用PID控制算法对血泵流量进行控制。结果与结论：仿真结果表明血泵可以实现快速稳定的输出。当心率为75次/min时,流量能达到5.01L／min;在50-120次/min心率范围内,流量会随着心率的提高而增大;当心率大小于50次／min或于120次／min时,血泵工作在恒流量状态下。通过PID控制,可使流量在O.1s内跟踪上参考流量。基于心率的血泵流量模型能反映人体血流量需求,通过控制血泵可实现满足人体需求的流量输出。     

国产轴流血泵的血液相容性特征:验证性观察

背景:轴流式血泵是用于心室辅助的主要泵型。前期大量研究结果表明血泵内的不良血液流动特性是导致溶血和血栓的重要因素。目的:在前期轴流血泵的设计图基础上,利用计算机优化技术和计算流体力学的方法,通过改变血泵整体形态及叶轮形状设计一轴流血泵,并装配成型。设计:采用加工后实际测试验证理论设计的合理性。单位:首都医科大学附属北京安贞医院-北京心肺血管疾病研究所生物医学工程研究室与中国航天科技集团总公司北京十四所。材料:血泵泵体及叶轮为钛合金材料,轴承为陶瓷轴承。体外测试用首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台。实验用羊由首都医科大学附属北京安贞医院实验动物房提供。方法:于2005年初开始,首先在中国航天科技集团总公司北京十四所,利用计算机优化技术和计算流体力学技术,基于最大限度减小剪切力和减少流动死区的原则基础上设计血泵的整体形态、叶轮数目和形状、导叶轮的结构和位置以及叶轮的螺距。然后使用数控机床加工成型。最后将轴流血泵安装到首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台上,在输出条件为5L/min流量和13.3kPa压力,流体介质为甘油和水混合液以及新鲜抗凝羊血的条件下,血泵运转4h,每隔0.5h取血样标本。这样通过测试血泵的压力流量输出,以标准溶血指数反映血浆中游离血红蛋白含量,观察泵内血栓形成情况验证血泵的动力学输出性能及血液破坏程度。结果:加工成型后的轴流血泵为泵-机一体结构,包括泵体、叶轮、导叶轮、陶瓷轴承以及进出口等,容积63mL。体外实验结果证实,当血泵运转速度为10000r/min时,它的压力、流量输出为21.01kPa和6.0L/min,其动力学输出性能可以满足患者左心辅助需求,血泵连续运转时其表面温度变化不明显。计算流场显示血泵的内部大多呈层流状态,血泵的体外测试标准溶血指数为(0.047±0.017)g/100L,此数值远远低于以前的轴流血泵,且在血泵内部没有任何血栓形成。结论:经过CAD和CFD方法设计的轴流血泵,在满足左心辅助的压力、流量输出要求同时,血液破坏程度远远小于以前的轴流血泵,提高了轴流血泵的血液相容性。     

心脏辅助与替代装置中的血泵

背景：心脏替代型血泵得到迅速地发展,不仅在结构上具有便携辅助式或体内植入式,性能上也通过了几代的改进而具有良好的生理相容性。目的：介绍心脏可视化手术中人工心肺机用血泵,心脏终末治疗时机械替代用的各种辅助血泵和全人工心脏,并展望人工心脏未来发展的趋势。方法：应用计算机检索维普数据库、IEEE Xplore数据库、Springer Link数据库及谷歌学术进行检索并参考相关书籍,以＂血泵＂、＂人工心脏＂为关键词,选择内容相关的文献。结果与结论：共纳入43篇文献。血泵为实现心脏直视手术及心脏的终末治疗提供了可能性,有非常高的临床价值。但血泵从结构设计和控制方面都有待提高,其中做到血泵用材料与人体具有良好的生理相容性及生理参数的控制系统是目前血泵发展的关键问题。     

基于心率的主动脉血泵流量控制

背景:随着人工心脏研究和应用的不断发展,在装置的性能上,人们希望它能符合自然心脏的生理机制,满足受者的生理需求。目的:针对主动脉血泵的控制,提出了基于心率的血泵流量控制算法。方法:通过分析心率与流量之间的关系,建立了心率与流量的关系模型,并根据人体心率流量关系验证血泵流量模型的准确性。运用PID控制算法对血泵流量进行控制。结果与结论:仿真结果表明血泵可以实现快速稳定的输出。当心率为75次/min时,流量能达到5.01L/min;在50～120次/min心率范围内,流量会随着心率的提高而增大;当心率大小于50次/min或于120次/min时,血泵工作在恒流量状态下。通过PID控制,可使流量在0.1s内跟踪上参考流量。基于心率的血泵流量模型能反映人体血流量需求,通过控制血泵可实现满足人体需求的流量输出。     

永久性叶轮式左心室辅助装置的研究

背量绝大多数研究者都采用电磁轴承来实现叶轮血泵转子的悬浮,同时会带来一系列新的问题,比如装置的结构和控制更加复杂,消耗控制电能,增加了装置的体积和重量.目的采用永磁轴承和液膜轴承设计无源磁悬浮心室辅助装置,并与电磁磁悬浮方法设计的心室辅助装置进行比较.方法装置由径向驱动,仅包含一个定子和一个转子.转子由驱动磁钢和叶轮组成;电机线图和泵壳组成定子.在装置的两端安装两付永磁轴承,为转子提供轴向悬浮力.同时,通过机械设计方法在血泵内部形成液膜轴承,产生径向的液膜动压力使转子在工作转速条件下能够径向悬浮.结果装置重200 g,直径40mm.转子的位置测量实验表明,当血泵的转子转速超过3 250 r/min、流量大于1 L/min时转子能够悬浮起来;装置的血动力学试验表明,转子转速达到3 500～4 000 r/min时,血泵输出流量可达4～6 L/min,压力达到100 mm Hg,可以满足临床心室辅助的要求.结论采用永磁轴承和液膜轴承设计永久性心室辅助装置的思路是可行的,装置不仅可以输出符合心室辅助要求的流量和压力,而且装置的设计比电磁磁浮血泵更加简洁、不需要人为控制,而且体积小、质量轻,提高了可植人性.     

磁悬浮离心式心室辅助装置的体外溶血测试

背景:心室辅助装置已广泛应用于心力衰竭患者的治疗。虽然有不同的血泵在国外应用于临床,却很少在国内应用,主要原因是其价格太高。因此在国内研制相对价格较低的能应用于临床的自主血泵迫在眉睫。目的:测试置入式磁悬浮离心心室辅助装置主体血泵的溶血性能。方法:通过计算流体力学方法,对磁悬浮离心式心室辅助装置主体血泵内部流场做初步分析。血泵在后负荷100mmHg(1mmHg=0.133kPa)、流量5L/min情况下,通过体外模拟血循环系统驱动羊血测试血泵体外溶血性能,计算血泵实际标准溶血指数NIH。结果与结论:在设计工况下计算流体力学结果显示血泵内部流线平稳,整个流道内部壁面剪切力均在68.5Pa以下,内部静压力分布均匀,过渡平稳,没有不良区域出现。体外溶血实验测得标准溶血指数NIH值为(0.075±0.017)mg/L。提示血泵驱动叶片及内部流道设计合理,同第3代血泵相比有较好溶血性能。血泵实验期间无不良状况发生,可以进行下一步长期的动物体内实验,进而评估血泵体内血流动力学性能和血泵置入对实验动物脏器的影响。     

心脏辅助与替代装置中的血泵★

背景:心脏替代型血泵得到迅速地发展,不仅在结构上具有便携辅助式或体内植入式,性能上也通过了几代的改进而具有良好的生理相容性.目的:介绍心脏可视化手术中人工心肺机用血泵,心脏终末治疗时机械替代用的各种辅助血泵和全人工心脏,并展望人工心脏未来发展的趋势.方法:应用计算机检索维普数据库、IEEE Xplore数据库、Springer Link数据库及谷歌学术进行检索并参考相关书籍,以“血泵”、“人工心脏”为关键词,选择内容相关的文献.结果与结论:共纳入43篇文献.血泵为实现心脏直视手术及心脏的终末治疗提供了可能性,有非常高的临床价值.但血泵从结构设计和控制方面都有待提高,其中做到血泵用材料与人体具有良好的生理相容性及生理参数的控制系统是目前血泵发展的关键问题.     

微量注射泵末端输出压力变化对给药精度影响的实验研究

[目的]探讨微量注射泵末端输出压力变化对给药精度的影响,为制定微量注射泵操作规范提供参考。[方法]利用血压计标准器组装的压力产生和测量系统模拟静脉血压系统,通过QA-IDS输注设备检测仪检测在1mL/h、25mL/h、50mL/h流速下,依次改变微量注射泵末端压力为100mmHg、50mmHg、0mmHg和100mmHg注射器流量输出情况。计算流量误差并绘制流量均值散点图。[结果]微量注射泵末端输出流量随着末端压力的增大而减小,随着末端压力的减小而增大。压力为100mmHg时最为接近设定流量值。随着流速的提高,流量体积变化相对误差减小。[结论]微量注射泵给药时输出端压力的变化可导致流量波动,在较低流速下给药时输出端压力变化更易造成流量变化,采用微量注射泵给药过程中应尽可能维持其输出端压力在100mmHg。     

尼卡地平和拉贝洛尔对妊娠高血压危象控制有效性临床研究

[摘要]目的：观察比较静脉使用尼卡地平和拉贝洛尔对妊娠高血压危象有效性控制。方法：妊娠高血压危象58例分为两组,A组（28例）使用尼卡地平注射液,以0．5～5μg／（kg·min）速度静脉泵人;B组（30例）使用拉贝洛尔以0．25～2mg／min静脉泵人,两组同时常规使用硫酸镁预防子痫发生,在此期间观察血压心率变化。结果：A组用药4h、24h后安全达标率为96％、48h后目标血压达标率为93％,平均血压为（105±9.1）mmHg（1mmHg=0．133kPa）,11例需联合降压治疗。B组用药4h、24h后安全达标率为90％,48h后目标血压达标率分别为73％,平均血压为（118±10．0）mmHg,23例需联合降压治疗,3例换尼卡地平静脉控制。两组在48h降压疗效差异有统计学意义（P〈O．05）。两组用药前后心率变化无统计学意义。结论：尼卡地平治疗妊娠期高血压危象在降压4h、24h疗效与拉贝洛尔疗效相似,48h控制血压疗效优于拉贝洛尔组,未见有严重不良反应。     

Pulse wave analysis to assess systemic blood flow during mechanical biventricular support

Measurement of systemic blood flow is of crucial importance in patients on mechanical circulatory support (MCS). We reported the case of a 65-year-old female patient in severe cardiogenic shock undergoing left (Jarvik 2000 axial flow pump) and right (Levitronix-Centrimag centrifugal pump) ventricular assist device implant. Evaluation of blood flow was obtained by ultrasonic flowmetry, continuous thermodilution technique, and pressure recording analytical method (PRAM). This pulse contour system allows beat-by-beat systemic blood flow assessment from the analysis of radial artery pressure waveform. At a Jarvik pump speed < or = 10000 rotations per minutes (rpm), thermodilution and PRAM showed similar blood flow values. At a Jarvik pump speed > or = 11000 rpm, the aortic valve did not open and PRAM did not provide blood flow values due to nonpulsatile blood flow. The present paper describes the first experience with PRAM in a single patient on MCS. Further studies are required to assess the validity of PRAM as an additional monitoring system in the setting of ventricular assist device support.     

正压接头连接血液净化管路流通性能测定研究

目的:验证3种无针正压接头在血液净化治疗的流量。方法:分别抽取3种正压接头各10对,分为A(可来福CLC2000型)、B(百合直型)、C(洁瑞WWSJ-A型)3组,分别与体外循环透析管路连接,以置换后废血浆作为体外试验液体,安装好管路,设置透析机泵速分别为100mL/min,200mL/min,300mL/min,测量管路内的压力值并记录,分别比较3种正压接头在不同流量下压力大小。结果:3组正压接头的流量均能达到300mL/min,且静脉压力最高值没有超过50mmHg(1mmHg=0.133kPa),均符合血液净化治疗的要求。经检验,在不同泵速流量下,C组静脉压力低于其他两组,A组静脉压力居中,B组静脉压力最高(均P0.01),提示C组正压接头流量较好。结论:3种正压接头均符合血液净化治疗的要求,其中洁瑞WWSJ-A型接头流量较好。     

Measurement for implantable rotary blood pumps

Rotary blood pumps offer a cost-effective way to assist the failing heart. Relative to their pulsatile cousins, they can consist of remarkably few moving parts, with attendant advantages in reliability. These advantages are realized in full only if the entire assist system is kept maximally simple. Control of the pump must therefore be based on a minimum number of measurement devices. This paper reviews the measurements that are made in the wide range of implantable rotary blood pump designs that are in development for ventricular assist. In a number of these, fluid-mechanical variables are estimated indirectly from measurements of motor speed and current or power. The introduction explains the goals of rotary blood pump control by comparison to the innate properties of the natural heart. Then motor and fluid-mechanical variables that may be transduced are discussed. Methods of indirect estimation of pressure drop and flow-rate are dealt with, followed by ways of detecting unusual states such as inflow obstruction. It is found that detection of these alone can be the basis of an adequate control strategy. Some groups have estimated variables pertaining to the heart that is being assisted, and there has also been work on monitoring the ongoing health of the assist system itself. The review concludes with a brief look at the wider measurement context for the intensive-care facility that proposes to use such devices to provide circulatory support.