摘要：人工心脏经过几十年的发展，已逐步发展为当前的磁悬浮血泵，实现了产品植入胸腔以及大规模临床应用的革命性进步，成为治疗心衰这一世界重大卫生公共问题的有效手段。尽管如此，高达89%的患者5年内因胃肠道出血、中风、感染、血泵功能异常等问题再次入院。因此，需要继续研究多种血液成分的血液损伤机制；持续发展并综合运用数值模拟、体外台架测试、动物实验等手段，更全面地评价血泵性能；要继续对人工心脏进行创新设计来改善血液相容性、满足不同患者群体的需要和提升患者生活质量。本文回顾了2024年国内外血泵评价和设计方法的研究进展，包括血液损伤机制的研究进展；利用数值模拟、体外台架测试和动物实验评价血泵性能的研究进展；血泵优化设计、新概念血泵和生物涂层的研究进展，以期助力人工心脏的研发，进一步提高其临床治疗效益。

摘要：人工心脏(血泵)应兼具优良的水力学性能和血液相容性,血泵性能的提升依赖于良好的优化设计方法。本文对近年离心式血泵优化设计相关的工作进行总结,首先回顾数值模拟方法的进展,高保真度的流场数值模拟是进行血泵优化设计的先决条件;接着主要从叶轮、蜗壳、间隙等方面概括优化设计的参数敏感性研究;总结优化设计常用的几种方法,包括参数敏感性研究、正交优化、机器学习/遗传算法、拓扑优化;最后提出血泵优化设计的展望及存在的挑战。研究结果可为未来的血泵优化设计工作提供有益的借鉴和参考。

摘要：目的基于新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置研究血管性血友病因子(von Willebrand Factor,VWF)的损伤规律。方法设计磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置,并搭建血液剪切平台:使用猪血在稳定层流状态下进行1 h循环测试;通过免疫蛋白印迹法和酶联免疫反应分析样品,评估血液VWF损伤。结果随着暴露时间或剪切应力的增加,与初始样品相比,有大量高分子量VWF多聚体降解为低分子量VWF,减少率最高可达56.9%。当剪切应力从18 Pa增加到55 Pa时,VWF活性与VWF抗原比值从45.7%降低到32.8%。结论VWF损伤主要表现为高分子量VWF减少和VWF活性降低,VWF总含量并未产生明显变化。该新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置能够定量控制相关参数(暴露时间和剪切应力),用于体外血液损伤研究,从而为体外膜肺氧合器和血泵的设计与优化提供参考。

摘要：为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计。结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高。

摘要：目的现代离心血泵通常设计有二次流道,以此来避免流动死区并降低血栓形成的风险。由于二次流道的存在,高心血泵中二次流和淄流的强度一般都较高:传统的泵设计理论对带有二次流道的血泵将不再适用。对于这类血泵而言,通常不存在设计变量和主要水力学参数之间的经验关系。通过改变主要设计变量,优化带有二次流道的离心磁悬浮血液泵的水力学和溶血性能,重点是降低湍流和二次流动的强度。方法以前期课题组研发的离心式臌悬浮血泵为基础。

摘要：目的人工心脏(又称血泵)作为挽救患者生命的医疗装置,须尽可能地小和轻,不妨碍病人进行日常生活和运动。目前可穿戴式血泵系统往往关注生理控制、无线传能或远程监控等技术领域,而在血泵本身的结构设计过程中尚未考虑其可穿戴性.现有的体外血泵绝大部分为离心式血泵,进出口管道相互垂直,显著增加了管道的长度和占用空间,不利于穿戴。本研究的目的在于增强血泵的可穿戴性。方法在前期课题组研发的离心式做悬浮血泵基础上,设计一种便携式体外离心血泵。

摘要：目的迄今为止,雷诺平均方法(Reynols-average Navier-Stokes,RANS)是血泵内主流的淄流模拟方法与RANS方法相比,大涡模拟(larg-eddy simulation,LES)能更好的预测湍流流场的复杂结构。但是受限于巨大的计算成本,到目前为止,LES还没有被广泛用于辅助血泵的设计和优化。探索LES技术作为一种快速准确的工程方法来模拟旋转式血泵的潜力。

摘要：目的近年来,计算流体力学被广泛用于血泵的优化设计以及性能评价。旋转式叶轮机械在叶轮区域内常采用长宽比较大的结构网格,而在蜗壳区域一般采用非结构网格。在交接面处两种形式的网格尺度不完全匹配,会带来额外的数值耗散和误差。鉴于此,探究网格尺度失配对血泵流场和溶血预测的影响。

摘要：目的第3代磁悬浮血泵基准模型是体外血液损伤测试平台的关键环节。而加工精度、转子位移等因素将对其性能评估引入不确定度,其中流道加工精度对磁悬浮血泵性能的影响尚不明晰,本研究将考虑蜗壳加工误差对磁悬浮血泵性能不确定度的影响,对不同类型尺寸误差影响血泵性能的敏感性进行分析。方法综合流道影响与加工误差选取蜗壳研究参数,根据拉丁超立方抽样法设计得到计算样本,依据CFD的方法输出对应样本下的多维度性能预测结果,基于非侵入式多项式混沌展开方法构建血泵性能预测代理模型并检验与修正,并基于蒙特卡洛方法对不确定性量化及参数敏感性分析。结果下间隙处的尺寸加工误差对基准血泵水力学性能影响较大,下间隙处越窄,压头及效率相对越高;而其溶血及血小板激活指数则受侧间隙处厚度的影响,基准血泵的血液相容性将随加工后侧间隙的减小而相对变差。血泵各性能指标主体呈正态分布且分布较为集中,其血液相容性整体保持稳定,极端溶血情况分布在间隙改变量较大位置。结论研究考虑了实际加工时的误差分布,对血泵基准模型性能进行不确定性量化及敏感性分析,明确所选蜗壳加工误差的影响,为磁悬浮离心式血泵基准模型性能标定提供了指导的意义。

摘要：TEVAR手术常用于治疗胸腹主动脉夹层,植入支架以隔离近端破口,而对远端破口不进行干预。然而,近年研究表明,术后远端破口残留的患者发生破裂的风险明显高于无破口的患者,且破口附近的腹主动脉壁容易扩张而导致动脉瘤。因此,累及内脏区的主动脉夹层需要二次治疗。但是,传统的支架如果植入内脏区域,将会阻断内脏动脉的血液供应。PMEG现在被认为是传统TEVAR治疗复杂主动脉夹层的有效替代方法,但会引起内脏动脉角度和面积的改变,进而造成血流动力学的改变。受目前影像学技术的限制,临床观察难以获得满意的结果。目的本研究对已经接受TEVAR和PMEG手术的患者进行特异性血流动力学模拟,评估TEVAR与TEVAR、PMEG两种手术方法对动脉的治疗的效果。方法对5例胸腹主动脉夹层患者治疗前后共计15个CTA重建特异性模型。采用从文献中提取的时变体积流量进行血流动力学模拟。通过时间平均壁剪应力、相对停留时间、内皮细胞活化潜能等血流动力学指标评价PMEG的术后效果。结果与PMEG术前模型相比,术后模型中大部分内脏动脉流速增加,内脏区动脉灌注效果得到提高。结论PMEG作为一种治疗累及内脏区远端撕裂的复杂主动脉夹层的新技术,可以有效地恢复内脏动的血运重建。