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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

    作者:李国荣;朱晓东;郝宗超;田步升;陈海丰

    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.

  • 微型轴流泵式心脏辅助装置的研制:流体力学特性分析

    作者:李国荣;朱晓东;彭远仪;陈海风;田步升

    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.

  • 叶轮泵式全人工心脏的搏动式输出研究

    作者:李国荣;朱晓东;田步升;陈海风;彭远仪

    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.

  • 对称结构磁悬浮离心泵心脏辅助装置及流体力学特性

    作者:李国荣;田步升;陈海丰;朱晓东

    目的:探讨采用对称设计的磁悬浮离心血泵对血泵抗血栓性的影响.方法:对称结构磁悬浮离心泵由园盘状的泵壳,入口管,电机定子,转子-叶轮体构成,转子-叶轮体中包埋两套经向永磁悬浮磁环及轴向控制永磁体.转子-叶轮体采用四极无刷直流电机的驱动方式.入口管外包绕轴向绕组并与轴向控制永磁体相对,馈电时可保持转子-叶轮体的轴向位置.该轴向电磁控制系统采用霍尔信号及反馈控制装置.本文样机大直径45mm,总长度75mm,总重量210g.所有血液接触面均采用钛合金加工制作.对称结构磁悬浮离心泵在体外模拟循环台进行流体力学特性测试.结果:实现转子-叶轮体的全悬浮需要约2.1W的能耗.悬浮功率还受到泵的重力姿态影响,变化姿态可导致约 ±0.5W的功率波动.体外模拟实验显示血泵可在6000r/min的转速条件下产生5L/min和100 mmHg压力的流体输出,能满足左心辅助的需求.改变转子-叶轮体的旋转方向对流体输出特性没有影响,与预想的特性一致.结论:对称结构磁悬浮离心泵流体力学特性可满足左心辅助需要.悬浮耗能虽受重力影响,但可以实现转子-叶轮体全悬浮.流体力学特性在改变旋转方向条件下不变,转子-叶轮体交替旋转的驱动策略可行.

  • 逍遥散加味治疗二尖瓣置换术后月经不调32例

    作者:江波;温定国

    人工心脏机械瓣置换术后须终身抗凝,由于患者对抗凝药的个体差异极大及敏感性不同等原因,临床常因抗凝过量或不足引起并发症,女性常见月经不调.其中,月经先后不定期和经期延长,缠绵难愈,疗效欠佳.笔者用逍遥散加味治疗,收到较好疗效,现报道如下.

  • 人工心脏研究发展态势文献计量分析

    作者:赵雅洁;杨明

    目的 揭示人工心脏研究论文总体发展趋势,为人工心脏研究提供借鉴.方法 利用科学引文索引(SCI E)的分析功能、文献信息统计方法及Microsoft Excel作为数据分析的基本方法,进行了文献的数据挖掘和信息分析工作.结果 从分析数据得到人工心脏的研究呈上升趋势,美国、德国和日本等国的研究引领世界.结论 中国的人工心脏研究已取得了卓有成效的发展,尚需加大资金的投入.

  • 人工心脏传子系统数学建模与仿真

    作者:常宇;冯辅周;郝冬梅;乔爱科;YANG Jooho;曾衍钧

    目的研究用于左心室辅助装置(LVAD)的无磨损的血泵转子系统,为第三代人工心脏即轴流血泵柔性转子建立数学模型并进行控制仿真分析.方法将血泵转子悬浮于主动式磁轴承(AMB)系统中,利用线性化方法建立系统简单的线性数学模型,利用状态变量反馈(SVFB)方法、全次元观测器(observer)设计和线性二次控制器(LQR)对系统进行控制仿真.结果与讨论人工心脏血泵转子系统对干扰的稳定延迟时间为350ms,稳态误差接近0,无超调现象,满足血泵转子系统设计要求.

  • 模拟心血管系统装置的研制及其在血液动力学测试中的应用

    作者:李洪;钱坤喜

    为研究心血管系统血液动力学特性和评测人工心脏,本文根据弹性腔模型建立了一套能反映血液动力学特性的体外血液循环模拟实验装置,测试血液动力学参量与心室后负荷(即外周阻力R和动脉顺应性C)以及每搏心输出量Vs,心动周期T,心室收缩时间间隔Ts和前负荷等六个参量之间的相互关系,通过改变六个参量的某一个参量而固定其余参量,测试这个参量对动脉血压及流量的影响情况.实验结果与生理情况和数学模型分析相符合,整个模拟装置能够反映血液动力学特性.

  • 基于CFD的液悬浮人工心脏泵叶轮入口优化分析

    作者:李卫东;姚奇;杜建军;周超英;牛彦文

    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.

  • 人工心脏的测控技术及其研究进展

    作者:李世阳;杨明;蔡萍

    人工心脏是目前解决心脏移植供心来源不足的一种有效途经.而且为了满足人体的循环生理需要以及提高病人的生活质量,人们对人工心脏的测控技术提出了更高的要求,其也已成为制约病人生存率的主要因素之一.本文对人工心脏测控技术的方法、应用进展进行了介绍,并对目前存在的问题和前景作了探讨.

  • 人工神经网络在人工心脏研究中的应用

    作者:李存岑;杨明;李世阳

    人工心脏研究涉及到医学、生物材料、信号检测、智能控制、信息处理、生物力学等各个方面叉,人工神经网络在模式识别及数据处理方面的出色表现使得其在人工心脏建模及控制、心脏生理特征检测等方而的应用越来越多.本文对神经网络在人工心脏中的应用情况进行概括,并指出目前存在的问题及今后的研究趋势.

  • 人工心脏发展中的关键技术

    作者:李莹;段婉茹;罗先武;刘树红;张明奎;许洪元

    随着近年工程科学与技术的快速发展,人工心脏无论作为人体心脏的替代还是作为心脏移植的过渡支持都己取得长足的进步,产品的机械性能和生物相容性能都得到明显改善.到目前为止,人工心脏技术虽然得到较快发展,但在产品化及临床应用中存在许多技术瓶颈.本文分析了心脏泵的国内外研究现状,总结了人工心脏泵研究和临床应用中的一些关键技术问题,以便为促进人工心脏的技术进步和临床应用提供参考.

  • 动力性主动脉瓣的远距离磁驱动研究

    作者:赵红;李国荣;朱晓东;吴清玉;任兵;马维国

    目的探索动力性主动脉瓣的远距离磁驱动方法,为进一步简化动力瓣结构提供实验基础. 方法动力瓣是一个固定于磁性转子上的推进叶轮,并由一个连接于钢性支架笼的轴支撑."转子-叶轮体"由位于动脉壁外的交变磁场提供动力.根据原理产生交变电磁场的装置可以放置于体外发挥作用,避免了在体内植入过多的异物而导致并发症. 结果驱动装置与动力瓣轴心间距离达60mm,在大的液流功率输出条件下,流量可达到 5L/min,所克服的后负荷压强为80mmHg.表明远距离驱动动力瓣的设想可以实现. 结论该技术可简化体内植入装置的结构,避免导线穿透皮肤,减少能量传递和转化过程的能量损耗及热效应,对提高左心辅助装置的生理相容性有重要意义.

  • 世界第一例全植入自控型人造心脏代替衰退的心脏 ——为心衰患者植入首颗"完整的心”

    作者:

    2001年7月2日,美国医生为一名心脏病心衰患者植入了世界上第一颗"完整”的人造心脏, 该手术历时7小时,术时术后情况良好,术后第4天再次接受人工呼吸器的治疗,但这与该人工心脏无关,而是由于该病人早先患有的各种疾病.人造心脏发挥正常,目前肝、肺和肾等内脏器官功能有所提高.病人存活期可能比预计的要长.如果不接受手术则多可能只活30天 .接受人工心脏移植的病人50多岁,患有糖尿病、慢性肾衰和多次心脏病发作.1992年接受过一次冠状动脉旁路手术,这一人工心脏植入手术是在美国路易斯维尔医院实施的.

  • 运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

    作者:张岩;薛嵩;桂幸民;胡盛寿;孙寒松;朱晓东

    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.

  • 基于模型的人工心脏流体场中运动矢量估值

    作者:蒋伟峰;李培弘;刘济林

    本文研究了人工心脏中运动矢量估值的数学模型及其意义。该模型从流体本身的物理特性出发,提出以低阶动力学模型作为经典流体动力学运动方程的局部近似,然后从DPIV(数字粒子成像测速)特点出发,将光流约束方程和低阶动力学模型相结合,从而形成人工心脏运动矢量估值的数学模型。它克服了传统DPIV相关算法的费时、产生虚假相关峰值的缺点,而且通过该模型对流场的一阶近似,可以观察到局部流场的变化情况,因而可以获得人工心脏运动矢量的估值,这在传统算法中是难以得到的。后给出了利用计算机对该模型进行人工心脏运动矢量估值的实验方法及结果。

  • 人工心脏输出流量和压力的神经网络估算法

    作者:封志刚;曾培;茹伟民;袁海宇;李岚;钱坤喜

    人工心脏的输出流量和压力是血泵设计及运行的重要特性参数,其测量精度和方法直接关系到人工心脏在动物实验及临床中的实际应用效果.本文提出了一种新的测量方法,即用神经网络从叶轮式人工心脏电机驱动参数换算血泵的流量和压力.与传统的测量方法相比,本方法具有如下特点:(1)无创性,不会对血液造成破坏,同时减少了感染机会.(2)结构简单,省去了流量计和压力计,便于人工心脏完全植入体内.

  • 人工心脏血泵驱动电机的控制研究

    作者:曾培;茹伟民;袁海宇;钱坤喜

    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.

  • 151例心脏瓣膜替换术后早期并发症的预防和监护

    作者:陈胜;郭伟;李士亭;嵇建

    人工心脏瓣膜替换术是治疗各种心脏瓣膜疾病的积极有效的方法,术后早期主要并发症有循环功能不稳定、电解质紊乱、心律失常,其它与瓣膜有关的特有并发症为瓣周漏、人工瓣膜机械故障,后期并发症有栓塞、出血、感染性心内膜炎等,术后早期良好的监护尤其重要,我科自1996~2005年共行心脏瓣膜替换术151例,现将术后早期并发症的预防和监护体会总结如下:

  • 心脏的工程性研究

    作者:冼洁蓓;曾雪梅;李丽清;陈加菁

    目的 为临床医务工作者拓宽专业面、提高学术水平,为医学工程科研工作者和用工程方法治疗心脏病的研究者提供理论支持.方法 根据心脏的解剖认知与生理数据,用工程力学和生物力学的基础理论进行定性与定量分析.结果 澄清血液循环系统的概念,它不是体循环与肺循环两个循环的并联而是两个路径的串联:心脏是串联着的两个二级压缩泵;左右房室瓣膜数量的差别、四个腔室协调性要求的差别都是符合工程物理原理的“佳设计”;用工程方法治疗心脏的某些疾病是医学方法不可取代的;提出“传导搭桥”的新概念;阐明为什么完全植入式的人工心脏工程上终的瓶颈将是能量支持系统而非血泵.结论 离开生物力学知识无法全面解释心脏的奥妙结构与功能,不利于开发新的工程治疗器械与方法.人工心脏应前瞻性地重视能量支持系统的研究.

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