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对称结构磁悬浮离心泵心脏辅助装置及流体力学特性
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.
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磁悬浮式带辅助支点离心血泵的可行性研究
提出带一个辅助支点的磁悬浮内置电机式离心血泵,泵出口采用了全新的设计方法,泵进出口及叶轮在一条轴线上,使血泵的流体结构较为合理.陶瓷滚珠支承使泵运行更稳定,可承受更大的负荷,且陶瓷在血液中不会被腐蚀,和血液相容性较好.在此基础上对血泵性能进行了测试,初步实验表明该泵的性能良好,其物理特性能满足临床体外循环及辅助循环的需要.
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体外循环用血泵研究进展
本文在阐述体外循环原理及临床意义的基础上,简单介绍了体外循环用血泵的原理、特点以及关键技术评价指标,重点分析了离心血泵的发展历史,及二代、三代离心血泵磁力驱动的工作原理和特点.第二代血泵采用圆盘形磁力耦合器驱动方式,其永磁体采用组合拉推式结构.第三代血泵是在第二代血泵的基础上增加了磁悬浮系统.后展望了体外循环用离心血泵的发展趋势.
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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100 mm Hg (1 mm Hg=0.133 kPa)、流量5 L/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68.5 Pa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.
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人造心脏泵及心脏瓣膜泵研究
自1995年以来,江苏大学医学工程所先后研制四种不同设计及用途的心脏泵及心脏瓣膜泵,分别在美国德州大学医学院及镇江市第一人民医院先后用于动物试验.近研制的江大Ⅳ号泵是心室内辅助泵,用于急性病人的抢救.
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基于快速溶血预估模型的离心血泵叶轮特性数值分析
离心血泵叶轮形态是决定其内部流场剪切应力致血液细胞损伤的重要因素之一.对具有不同叶轮形态的离心血泵进行流体动力分析及数值溶血预估有助于提高血泵的综合性能.本文采用低雷诺数修正SSTκ-ω湍流模型,对四种不同叶轮形态的离心血泵内部流场进行计算,包括压力场、速度场以及剪切应力场分布等;并运用快速溶血预估模型计算各血泵的标准溶血参数值(NIH).分析结果表明,虽然四种血泵的压力场分布均符合要求,但对数螺旋线叶轮血泵流道中的涡流和回流得到了明显改善,高剪切应力区域体积只占总体积的0.004％,NIH为0.0089,对血液细胞破坏小.
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体外循环用离心血泵磁力联轴器的磁场数值计算与分析
体外循环用离心血泵的驱动系统,其核心为圆盘形磁力联轴器.圆盘形磁力联轴器的结构参数关系到传递磁转矩的能力,因此需要对圆盘形磁力联轴器的永磁体磁极数(n)、气隙长度(Lg)、永磁体厚度(Lm)、永磁体内径(Ri)及外径(R0)等参数进行深入研究.本文采用Ansys三维静态磁场棱边单元法进行数值计算,分析磁力联轴器各个参数与传递磁转矩的关系,为圆盘形磁力联轴器的进一步优化提供了理论依据和计算方法.
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用于心肺脑复苏(CPCR)的离心血泵的优化设计
提出了心肺脑复苏(Cardiopulmonary cerebral resuscitation, CPCR)机中重要部件--离心血泵的要求,对现有不同血泵进行比较与分析,提出初步的优化方案,给出了心肺复苏用泵的优化结构,并在此基础上对自行设计研制的泵的性能进行了测试,初步实验结果表明该泵的性能良好,其水力学性能满足心肺脑复苏机的需要.
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血液灌注量和破坏指标约束下的无叶片离心血泵结构优选方法的研究
本文主要探索无叶片离心血泵的结构优选方法.根据临床使用要求确定优选目标；由无叶片离心血泵的结构特点制订优选方案集合；以灌注量和血液破坏程度为指标,经过两轮优选出佳结构血泵.数值仿真结果表明可以满足设计要求,即体外循环对灌注量(压力0～380 mm Hg,流量0～8 L/min)、血液剪切破坏(叶轮表面剪切力不超过200 Pa)和撞击破坏的要求.该结构优选方法可以快速地在方案集合中确定佳结构方案.
