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轴流式血泵叶轮结构简化对流体力学特性的影响
目的:笔者长期从事心脏辅助装置的研制.近年来研制了Ⅰ,Ⅱ两型微型轴流泵式心脏辅助装置流体力学特性已达临床应用的需要.关于泵结构设计,笔者始终认为越简单的结构越可取.本文研究了改变叶轮结构对血泵性能的影响,为进一步简化血泵内结构,提高其综合性能探索新途径.材料方法:轴流泵由电机定子系统、泵筒及流体推进系统组成.流体推进系统包括前导流叶、尾导流叶及转子叶轮体.转子叶轮体由叶轮和转子连接而成,转子由稀土永磁材料压制为圆柱型,包被在推进叶轮的轮毂中,与叶轮同轴装配.在体外模拟循环回路中对叶轮的分段式和连续式叶片结构进行了比较,以确定其流体力学特性.在同一轴流泵中对比不同的叶轮,所用叶轮直径均为13.8毫米,长度28毫米,但叶片结构不同.结果:体外模拟测试表明两类叶轮的流体力学特性均可在100毫米汞柱条件下输出5L/分钟流量.叶片结构可明显影响进的流体力学性能.连续式叶片的流体输出稍低于分段式叶片泵.结论:分段式叶片轴流泵有更好的流体力学特性,但连续式叶片结构具有简单易加工的优点,流体力学特性的下降并不明显,在进一步优化泵结构的设计中仍具有可行性.
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微型轴流泵式心脏辅助装置的研制:流体力学特性分析
本文介绍了我们研制的Ⅰ,Ⅱ两型微型轴流泵式心脏辅助装置样机.在体外模拟循环回路中对两型微型轴流泵样机的流体力学特性进行了测试,定量刻划了各参数间的相关关系,通过比较Ⅰ,Ⅱ两型微型轴流泵初步探讨了轴流泵微型化过程中各参数间的变化趋势.新研制的Ⅱ型轴流泵的总体积仅42mL,总重量约110g,外径26mm,长度75mm.在后负荷为100mmHg时,流量达5L/min,已达到了左心辅助的要求.比较分析提示,轴流泵式心脏辅助装置在微型化过程中需相应增加转速以保持基本的流体力学特性.目前我们的Ⅱ型轴流泵已进入动物实验阶段,初步结果令人鼓舞,有可能在近期内成为我国首类植入性心脏辅助装置进入临床应用.
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新型心脏辅助装置——心尖轴流泵的温升机制研究
目的:微型电动轴流泵已成为重要的心脏辅助装置,但目前很少有资料分析该类泵的温升特性.我们近提出一种新型心脏辅助装置-心尖轴流泵,本文研究了定子设计对该微型轴流泵的温升的影响.方法:研制了心尖轴流泵样机,采用不同的定子铁芯设计,材料分别为:电工软铁,0.5mm和0.2mm厚矽钢片,样机的外形尺寸:直径20.6mm,定子外壳长度65mm,总体积30毫升,在100mmHg后负荷可产生5L/min流量输出.在体外模拟循环台上对轴流泵的温升特性进行测试.泵的工作状态恒定在100mmHg后负荷和5L/min流量输出.结果:.轴流泵的温升大约20min后达到高并进入稳定状态.电工软铁组:65.4±0.73 ℃,0.5mm矽钢片组:52.5±0.65 ℃,0.2mm厚矽钢片组:44.6±0.46 ℃.分别用直径为0.14mm和0.20mm漆包线绕制成两种定子绕组用以比较,发现对泵温升没有显著影响.结论:定子的能量消耗对泵表面的工作温升起主要的作用,降低定子消耗是改进轴流泵温升特性的重要方向.
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心房轴流泵研制
心房轴流泵外形呈圆柱状,外径15mm,长45mm,围绕泵体中部外周有薄而宽大的缝合环,将泵体分为前、后两段.植入时由心耳处做切口,将心房轴流泵前段插入到心房腔内,围绕泵体中部的缝合环缝合在心房外表面,一方面固定血泵,另一方面可牵引心房壁,在一定程度上防止泵吸引时的负压造成心房壁塌陷.本文报道的样机体外测试表明:在14800rpm转速条件下实现100mmHg压力和5L/min的流量输出,可满足左、右心脏辅助的要求.
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叶轮泵式全人工心脏的搏动式输出研究
旋转叶轮泵的发展使研制新型全人工心脏成为可能.本文通过模型样机研制和流体力学特性测试,探索以叶轮式血泵为结构基础的新型全人工心脏.新研制的全人工心脏样机采用两个轴流泵作为基本单位共同设置在筒彤外壳中,不需压力补偿腔.外壳由钛合金制成,直径65mm,长度70 mm.在体外模拟循环台上采用持续输出和搏动输出两中方式对左心泵和右心泵的的转速,输出压力,流量,能耗和效率特性进行测试.模拟循环装置由模拟左,右心房,血泵,阻力调节器,流量计串联组成,采用30%甘油水溶液作为循环介质.通过调节阻力测定特定泵转速下压力和流量.采用ST3PR式时间继电器周期性导通电源对泵电机绕组间隙性馈电.体外模拟测试表明全人工心脏在搏动输出条件下可满足机体的血液动力学基本要求,左心泵在14700 r/min的高转速条件下可以达到5L/min流量和100mmHg的压力输出,右心泵在约8000rpm转速和25mmHg后负荷下达到相似流量,可满足肺循环的要求.总功耗能12瓦,效率约10%.本研究结果表明叶轮泵式全人工心脏可实现搏动输出,流体力学特性可达到全人工心脏的基本要求.
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一种新型轴流式心脏辅助血泵的研制和初步的动物实验
目的 研制开发一种新型的轴流式心室辅助泵,并对其基本性能和血液相容性能进行测试.方法 应用计算流体力学(CFD)计算机辅助设计,利用五坐标数控机床上对其进行加工,并通过体外测试台和动物实验,对血泵的流体力学性能和血液相容性能进行了测试.结果 轴流泵在后负荷为100mmHg情况下,流量在5L/min以上.动物实验中,血浆游离血红蛋白的含量为0.05g/dL.结论 血泵体外测试所提供的输出压力和流量符合临床心力衰竭患者的需要,动物实验结果表明其血液相容性能较为满意,值得进一步改进.
关键词： 轴流泵 血泵 计算流体力学(CFD) 体外动力学性能测试 -
FW-II轴流泵短期辅助治疗心源性休克的临床前评价
目的：评价FW-II轴流泵短期辅助治疗心源性休克的有效性，为临床应用提供依据。
方法：选择成年雄性羊12只（62±4.9） kg，随机分为对照组：麻醉成功后左侧开胸，结扎冠状动脉回旋支，建立心源性休克模型，给予常规支持治疗包括：多巴胺、多巴酚丁胺等药物；轴流泵组：建立上述模型，安装FW-II轴流泵辅助72小时。观察两组以下指标：发生室性心动过速、室颤等心律失常的时间、持续时间；血流动力学指标：平均动脉压（MAP），心率（HR），心脏指数（CI）、肺动脉压力（PAP）和外周血管阻力（SVR）；超声：左心室收缩/舒张末内径，左心室射血分数，颈动脉血流速度和流量；血液学检测：肌钙蛋白I（cTnI）、LDH、MDA、SOD；处死动物后注射伊文氏蓝检测梗死面积大小，取正常、交界和梗死区心肌组织行TUNEL染色，检测caspase-3活性、bax和bcl-2的表达。 -
FW全悬浮轴流泵研制
目的：轴流泵心脏辅助装置的机械轴承可导致泵内血栓和耐久性等问题，采用非接触、无摩损、不需要润滑的磁悬浮技术，实现轴流血泵的叶轮完全悬浮，可解决轴承摩擦导致的一系列问题，本文介绍“FW全悬浮轴流泵”的研制成果。
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自制轴流泵叶轮设计初探
目的为更好的发挥轴流泵的优点,自行研制一次性使用的小型轴流泵,既适合婴幼儿心肺转流,且可以用于辅助循环和冠状动脉手术.方法选用无刷直流电机作为驱动装置,在中轴开孔,通过泵体的管道;泵主体类似橄榄型,主体内为一个叶轮,叶轮外侧有一圆环,环内为内磁钢,与安装在电机中轴上的外磁钢耦合驱动叶轮旋转,叶轮用单点轴承辅助固定在泵体中央;测量两个叶轮在不同转速下的流量及扬程,并测定泵后阻力变化对两个叶轮旋转时流量的影响.根据测试台虹绘制两个叶轮的转速-流量、转速-压力和阻力-流量曲线. 结果机械性能测量结果显示,螺距16 mm的叶轮产生的流量高于12 mm螺距的叶轮,但产生的扬程低于螺距12 mm的叶轮;在6 500 rmp/min时测量阻力变化对流量的影响,测量结果显示在同样的转速下16 mm螺距的叶轮产生的流量略高,而12 mm螺距的叶轮对抗阻力的能力较高.结论本研究自行设计了磁悬浮辅助定位的轴流泵,并制造了样机;通过叶轮的测试明确螺距12 mm的叶轮虽然产的流量较16 mm的叶轮小,但产生的扬程和抗阻能力优于16 mm螺距的叶轮,而且更适合流量的精细调节;适合临床体外循环的要求.
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FW-Ⅱ轴流泵短期辅助治疗急性左心衰初步临床评价
目的 初步评价FW-Ⅱ轴流泵短期辅助治疗急性左心衰的安全性和有效性.方法 选择术后撤除体外循环困难的重症冠状动脉硬化性心脏病(冠心病)患者5例,经左心房牛颈静脉-肝素涂层管道-FW-Ⅱ轴流泵-肝素涂层管道-股动脉循环支持和卸负荷,观察围手术期血流动力学和心肌损伤标记物,对比分析不同转速下血浆vW因子含量和白细胞-血小板聚集体的表达.结果 FW-Ⅱ轴流泵辅助(24.0±2.6)h,高流量3.2 L/min,辅助期间泵转速7 000～9000 r/min,流量1.9～3.0 L/min,均无机械故障发生.1例患者术后第7天死于多器官功能衰竭,其余4例均顺利出院,近期随访结果良好.置入FW-Ⅱ轴流泵前平均动脉压(MAP)为(50.29±6.98) mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),心脏指数(CI)为(1.70±0.23) L·min-1 ·m-2,全身外周血管阻力(SVR)为(2009.86±129.46) dyn·s·cm-5;置入后8 000 r/min时MAP (65.43±6.90) mmHg,CI(2.53 ±0.27)L·min-1·m-2,SVR(1 578.14±356.70)dyn·s·cm-5,其中MAP和CI显著增加,SVR显著下降,P＜0.01,差异均有统计学意义.置入前外周血中肌酸激酶同功酶(CK-MB)和肌钙蛋白Ⅰ(cTnI)含量为(147±20) IU/L和(12.6±5.7)μg/L,置入后12h时CK-MB和cTnI水平降至(66±11) IU/L和(8.4±3.8) μg/L,差异均有统计学意义,P＜0.01.同7 000 r/min比较,vW因子含量在8 500 r/min时显著增加[(2.59 ±0.57) U/L对(1.26±0.43) U/L,P＜0.01];血小板活化和白细胞-血小板聚集体数变化呈V形变化,其中8000 r/min时低(15±3)％,7 000 r/min和9000 r/min时达高值(33±3)％和(31±5)％.结论 FW-Ⅱ轴流泵短期辅助可有效促进急性左心衰后心脏功能复苏,8 000 r/min是佳平衡转速.
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Incor I心室辅助装置治疗终末期心衰
心室辅助装置(ventricular assist device, VAD)是治疗终末期心功能衰竭(end-stage heart failure, ESHF)的有效手段之一.现介绍德国心脏中心(柏林)应用可植入式左心辅助装置(LVAD)Incor I轴流泵(Berlin Heart公司)的临床经验.
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Ⅱ型轴流泵左心辅助装置的动物体内植入实验
目的:通过动物体内植入实验,观察改进后的“Ⅱ型”轴流泵的生理效果及工作特性.方法:普通家猪6只,体质量60～70 kg,全麻后于左侧第4-5肋间开胸,将“Ⅱ型”轴流泵植入动物胸腔内,泵入口引流管经心尖插入左心室腔,出口用人造血管与降主动脉行“端-侧”吻合,将心室血液转流至降主动脉.由左心房插入细导管经二尖瓣进入左心室测定心室压,经右股动脉插管入升主动脉测定主动脉压.结果:“Ⅱ型”轴流泵可完全植入动物胸腔内,平均心室收缩压为(137±23) mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),开启轴流泵后可见心室收缩压降低,且随泵转速增加逐步下降.在转速为10 000 r/min时平均心室收缩压可降低至(32±14) mmHg,而平均动脉压仍然维持在(122±28)mmHg的正常范围,此结果显示“Ⅱ型”轴流泵可在充分降低心脏负荷的同时维持正常的外周循环.结论:“Ⅱ型”轴流泵有较好的解剖相容性和可植入性,血液动力学特性基本满足左心辅助要求.
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前导叶对轴流泵式心脏辅助装置流体力学特性的影响及改进意义
目的:通过测试近年来研制的两类微型轴流血泵,观察前导叶对轴流泵性能的影响.方法:应用体外模拟循环装置,测定并比较设置或不设置前导叶的两型轴流泵的流体力学特性差异.结果:两型轴流泵的流量输出在13.332kPa后负荷条件下均可达到5L/min流量,满足左心辅助的要求;两型血泵均表现出类似的前、后负荷反应曲线,表明在观测的压力流量范围内,前导叶的设置对该类微型轴流血泵的流体力学特性没有明显影响.结论:在微型轴流泵的结构设计中,可以去除前导叶,以改善血泵的血液相容性.
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微型心尖轴流泵的结构及流体力学特性研究
目的:通过研制微型心尖轴流泵的样机并实测其流体力学特性,初步证实其可行性.方法:微型心尖轴流泵无前导叶,使泵体缩短并保留入口处的旋转血流分量.泵体外壁上的环形缝合裙将泵体分为前后两段.前段长度与心尖部室壁心肌的全层厚度相等.植入心脏时,泵体前段由心尖部插入,由于缝合裙限制,泵体前段不过度进入心室腔,仅以泵入口与心室腔相连通,在有效地引流心室的同时可避免心腔内植入过多的异物和液流死区.基于以上设想,研制的样机直径为20.6mm,泵管直径为13mm,长度为65mm,总体积约为30 cm3,总质量约为50g.在模拟循环台上进行流体力学特性测试,观察了血液动力学效果.结果:随着轴流泵转速的增加,模拟左心室的压力逐步下降,在输出压力为13.332 kPa(100mmHg)条件下,轴流泵转速为12000 r/min时流量可达5L/min,消耗功率接近10W.结论:样机测试表明微型心尖轴流泵结构设计可行,有望成为长期应用的植入式心脏辅助装置.
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轴流泵研究进展
辅助循环设备的改进一向受到人们的关注,轴流泵为人工心脏以及体外循环开辟了一个新的研究天地,如何使其不断向小型化、实用化、安全化方向发展,拓展它的应用范围,是现今的一个研究热点.本文概述了轴流泵的结构特点以及当前国际上动物实验及临床应用的现状.
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轴流式血泵的现状与代表技术
轴流泵的研究已经成为全球人工心脏辅助装置的重点和热点.经过大量调研介绍了国外赋代表性的3种轴流泵的结构、性能、关键技术和临床实验状况,为广大从事轴流泵设计制作的同仁提供参考.
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胜利油田在生活饮用水卫生管理中的做法与体会
<生活饮用水卫生监督管理办法>(以下简称办法),于1997年1月1日颁布实施至今已7年时间,<办法>的颁布实施标志着生活饮用水的卫生监督管理工作走向了法制化管理的轨道.胜利油田做为国家特大型企业拥有职工家属40万人,油区主要分布于山东省境内的黄河入海口两侧,地跨东营、滨州、德州等地市,其供水公司现有大型人工平原水库17座,设计蓄水能力3.39亿m3,净化站9座,日净水能力87万m3,拥有大型轴流泵400台,供水主干线长达1200公里,为胜利油田和东营市提供城镇生活用水和部分生产用水,是山东省大的供水企业.现将胜利油田如何加强生活饮用水卫生管理的几点做法和体会做一简要论述.
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植入式微型轴流血泵的研制及实验研究
目的描述研制的一种轴流泵式心脏辅助装置.方法自制的模拟循环台架,以35%甘油水溶液为循环介质,密度与黏滞性均接近于血液.测定泵的输入电流、电压、转速、输出流量、输出压力、泵效率等参数,通过回归推断各参数的相关特性.加等载荷超速运行,以泵的效率为反映泵特性的劣化程度,以流体力学特性下降1%为泵损坏标准,以此来推算泵的理论工作寿命.溶血实验采用健康羊血500 mL,根据血浆中游离血红蛋白随循环时间延长而增加的数值来计算溶血指数(IH),判定溶血程度.结果轴流泵的流体力学特性良好,流量、压力与转速度均大体呈现正相关的关系.佳的工况点位于100 mm Hg的输出压力附近.对血泵的溶血特性测定结果表明,每分钟5 L流量,输出压力为100 mm Hg条件下,溶血指数为0.025左右.溶血作用在实际应用范围内非常轻微.结论本实验结果表明,该装置的各项性能指标已经达到了长期植入体内的要求.
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Hemopump的临床应用进展
Hemopump是一种安装了导管的经动脉、瓣膜的左室辅助装置,属于轴流泵,可以作为暂时的左室支持.该装置根据Archimedes螺旋的原理工作,转速达25 000r/min,与抽吸导管相结合的叶轮由一与外置的高速电机相连接的软轴所驱动,经股动脉或升主动脉把导管末端置于左室,从左室抽吸血液并输送到降主动脉,提供非搏动性血流.Hemopump直接减轻左室负荷,作为左室辅助装置具有代表性,与病人的心电图不同步,即使在严重的心律失常或心脏纤颤期间,也能起良好作用.
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非体外循环下植入左心室辅助血泵的研究
近年来,在国内外左心室辅助装置的临床应用例数越来越多,但有关左心室辅助植入手术的报道相对较少.一般血泵植入术主要采用在体外循环下进行,缺点是可以引起炎症反应、血液破坏等.为了减少左心室辅助的心尖部手术植入时的并发症,我们在前期研究的基础上[1-4],对所研制的FW型轴流泵的手术植入方式采用在非体外循环下进行,现报道如下.
