摘要：根据中国终末期心衰患者对左心辅助泵辅助人体血液循环的要求,设计以3L/min流量、100mmHg压升为设计点,流量范围为2~7L/min的微型可植入轴流血泵。该血泵采用纺锤形的转子叶轮结构以及带分流叶片、悬臂叶片的尾导结构,以使血泵在较宽的压力流量范围内具有良好的溶血和抗血栓特性。本文用数值模拟及粒子成像测速(PIV)的方法分析血泵的水力学特性、流场及溶血特性。结果表明:血泵转速为7000~11000r/min时,在2~7L/min的流量范围内可提供60.0~151.3mmHg的压升;分流叶片抑制了尾导的尾缘吸力面处的流动分离;悬臂式叶片结构将转子叶片的叶尖间隙变为尾导叶片的叶根间隙,间隙的切线速度由6.2m/s降至4.3~1.1m/s;血泵的最大标量剪切应力值为897.3Pa,平均剪切应力值为37.7Pa;采用Heuser溶血模型得到的溶血指数为0.168%;PIV试验所得泵内尾导区域的流场速度分布与数值计算得到的流场特征吻合良好。本研究所设计的轴流血泵的尾导具有分流叶片和悬臂叶片,流道内血流无较大分离流动,降低了剪切力对血液的破坏,溶血性能良好,压力流量性能满足临床需要。

摘要：为解决血泵因叶顶间隙泄漏而造成溶血和血栓等问题,引入了一种折边不等间距叶轮,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)进行内部流场的数值模拟,并与非折边不等间距叶轮及折边等间距叶轮进行对比分析,研究了它们的内流场动力学特性和血液相容性.结果表明:折边叶片结构血泵避免了叶顶间隙泄漏流的产生,同时折边不等间距叶轮减少了叶轮入口和出口处的回流和涡流,流道内整体切应力低于其他2种叶轮;3种叶轮的溶血指数HI均满足血泵的溶血设计指标,其中,折边不等间距叶轮血泵壁面切应力在0~150 Pa的占比达96.84%,曝光时间相对集中且满足人工血泵设计要求,溶血指数较非折边不等间距叶轮血泵下降了3.50%,较折边等间距叶轮血泵下降了12.50%,溶血性能最优.提出的折边不等间距叶轮血泵可有效降低红细胞破损概率,减少溶血和血栓的发生,可为轴流血泵的结构设计和优化提供一定参考.

摘要：设计了一款流线型轴流血泵,利用CFD软件CFX计算得到该血泵在不同转速下的压头和流量关系曲线,与实验数据吻合较好。讨论了该血泵内部的切应力分布并计算其溶血指数,分析了泵内流场及其对效率、溶血的影响。

摘要：轴流血泵体积小、结构简单、易植入等优点,成为人工心脏的热点研究。作者设计了一种轴流式血泵,运用RNGκ-ε湍流模型的数值模拟方法分析血泵流场分布,利用计算流体力学(CFD)技术对血泵内部流场进行数值模拟。分析计算求得血泵流场的压力、速度,切应力等参数分布情况。总结血泵流场容易出现溶血和形成血栓的区域,以此为依据完成血泵结构的改进。结果表明:和原血泵相比,改进后的血泵流量输出性能得到提高,血泵的溶血概率降低,形成血栓的区域减小。

摘要：为了更好地解决旋转式叶片血泵的密封问题 ,本文中采用磁耦合驱动方式 ,设计、加工一小型轴流血泵。血泵由泵体、直流无刷电机、叶轮、一对磁片、隔膜、导流槽和支撑架等部件构成 ,总长度 12 5 m m,容积147m1,材料是 TC4钛合金 ,总重量 380 g。体外和在体试验中分别测试血泵的动力学输出、密封、产热和血液破坏等性能。结果显示 :1体外试验中 ,血泵旋转速度 80 0 0 rpm时输出为 6 .8L / m in、 12 0 mm Hg。 2在 12 0小时的连续运转过程中 ,血泵的表面温度变化较小 ;密封性能也较好。 3 2 4小时的在体试验中 ,血浆中游离血红蛋白含量逐渐增大 ,纤维蛋白原未发生明显变化 ;除血泵的进出接口处和动物肾脏发现微小血栓外 ,脑部和其它腹部脏器未发现血栓。

摘要：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。

摘要：溶血性能是判别血泵是否可靠的重要评价因素之一,也是血泵研发过程中的一大难题。本文基于介入式微型轴流血泵的结构特点对其溶血发生机理和关键影响因素进行探究和综述。首先,介绍介入式微型轴流血泵的结构特点:体积小、转速高、叶轮轮缘与泵壳间隙小。然后从剪力溶血和空化溶血两个方面对溶血发生机理进行阐述。最后重点分析导致介入式微型轴流血泵机械溶血的主要力学因素,即剪力和负压。泵内剪力过大或作用时间过长会导致红细胞受损而发生溶血,而负压可能引起血泵空化从而对血液造成损伤。总之,血泵结构设计不当会导致血液在机械运动和湍流运动过程中受到高剪切应力和局部负压的作用产生溶血,所以在设计阶段应全面考虑各因素对血泵溶血的影响。

摘要：在XZ-Ⅱ型轴流血泵基础上,通过计算机流体辅助设计,改进研制出XZ-ⅡA型轴流血泵,之前对其结构、材料、产热和动力学输出性能等做过论述[1],但是其体外溶血性能以及在体适应性都没有检测。这里通过体外模拟循环实验,初步检测XZ-ⅡA型轴流血泵体外溶血性能,通过动物在体实验衡量其在体适应性。试验测得XZ-ⅡA型轴流血泵体外实验NIH值为(0.0473±0.0165)mg/dL。四例实验动物16h在体辅助无机械故障,血泵辅助后实验动物血液FHb开始上升,平均最高达到(32.06±4.64)mg/dL。XZ-ⅡA型轴流血泵实验结果与国外同类型血泵比较不是很理想,应用于临床前仍需做大量改进。

摘要：本文针对人工心脏微型轴流血泵的自适应控制问题,将实时血流量作为反馈量输入到血泵控制系统中进行调控。根据轴流血泵控制理论,设计微型轴流式血泵的双闭环稳定智能控制系统,采用超声多普勒效应设计血流量的提取模块,实现血流参数的无创测量,从而完成对人工心脏轴流血泵的自适应控制。通过实验测试系统性能,得到心动周期血流流量曲线以及轴流血泵驱动电机的输出功率曲线,证明血流量信号作为控制反馈量可以实时反映主要的血流动力学特征参数,全面反映个体差异,且受体的实际生理反应可以不断反馈控制轴流血泵的转速系统。

摘要：运用计算流体动力学(CFD)对轴流血泵的流体动力学特性进行分析。研究血液流经叶轮的速度、压力、剪切变形率等参数的分布以及螺旋叶片对血液的破坏作用。结果表明:血液在叶轮内的流动是一种非常复杂的三维流动,而基于流线型的叶轮设计可以避免血液在流动过程中产生湍流、涡流以及较高的剪切力。血液流经血泵的速度场、压力场及剪切变形率的分布都比较均匀,变化梯度小,从而有效的减少血液破坏。