摘要： 心力衰竭是各種心臟病患者最主要的死亡原因。近年來，終末期心力衰竭的治療日益成為臨床心血管醫師所面臨的巨大挑戰。由于藥物治療和常規外科手術的局限性，以及供體心臟的缺乏，促進了心臟機械輔助循環裝置的快速發展。電機學、機械工程學、流體力學、材料學和醫學等多學科的聯合研發，探尋可長期植入式新型葉輪血泵已成為當今國內外的研究熱點。軸流血泵具有結構簡單、重量輕、流量大、效率高、易植入和取出等優點，同時無需安裝人工瓣膜，減少了血栓形成的幾率。與離心泵相比較，軸流血泵體積更小，血液破壞程度更輕。目前軸流血泵的研究已經成為心臟外科和生物醫學工程領域關注的焦點。現對軸流血泵的工作原理、特點和當前軸流血泵研究中面臨的一些關鍵技術問題進行綜述。
摘要： 心室輔助裝置已經逐漸成為治療急、慢性心力衰竭的一種重要手段，而作為心室輔助裝置主要部件的血泵也已經進展到了第三代。第三代血泵采用磁懸浮和/或液懸浮技術，在運轉時血泵內用于驅動血液流動的葉輪懸浮在泵體內。第三代血泵主要由懸浮系統和驅動系統兩部分組成，其發展經歷了三個階段，即懸浮和驅動系統分離的外馬達間接驅動葉輪階段，懸浮和驅動系統分離的馬達直接驅動葉輪階段以及懸浮與驅動系統融合階段。由于第三代血泵的葉輪在運轉時與其他結構沒有接觸，因此血泵具有溶血少、血栓發生率低、無機械磨損及能效比高的優勢。目前第三代血泵大多處于研發階段，只有少部分已進入了臨床實驗和應用階段。我們就目前已報道的第三代血泵的發展史、分類、機械原理和研發現狀等進行綜述。
目的 對已設計制成的低成本搏動血泵專用瓣膜蝴蝶瓣(butterfly valve ,B-Y)按ISO5840進行國際規范化的離體性能測試. 方法 先對B-Y瓣進行物理性能測試,然后根據ISO5840 的要求用特殊儀器對3枚B-Y瓣作靜態及動態性能測試,其均值與進行同樣測試的2種美國進口植入型瓣膜Bjork-Shiley(B-S)瓣和Medtronic-Hall(M-H)瓣作比較. 結果 B-Y瓣的物理性能符合臨床要求,在靜態測試中2枚B-Y瓣膜片過薄,在120mmHg(1kPa=7.5mmHg)水壓下有下凹內翻產生較多靜止泄漏量.動態測試方面無搏動流中B-Y瓣的跨瓣壓力落差及搏動流時跨瓣正壓壓力階差均較B-S瓣和M-H瓣膜略高,但其關閉回流量遠較B-S瓣與M-H瓣為低,其舒張泄漏量與B-S瓣相仿,而明顯低于M-H瓣. 結論 B-Y瓣的水流阻力較進口瓣膜為高,但在臨床允許范圍以內.其總反流量(關閉回流量、舒張泄漏量)明顯低于進口瓣膜,保證了瓣膜的效率和耐用性,潛在溶血程度亦因而輕微.B-Y瓣由于結構簡單,成本低廉,卻有與進口植入型瓣膜相仿的功能,是其主要特點,適合短期輔助循環的臨床應用.
離心血泵葉輪形態是決定其內部流場剪切應力致血液細胞損傷的重要因素之一。對具有不同葉輪形態的離心血泵進行流體動力分析及數值溶血預估有助于提高血泵的綜合性能。本文采用低雷諾數修正SST κ-ω湍流模型,對四種不同葉輪形態的離心血泵內部流場進行計算,包括壓力場、速度場以及剪切應力場分布等;并運用快速溶血預估模型計算各血泵的標準溶血參數值(NIH)。分析結果表明,雖然四種血泵的壓力場分布均符合要求,但對數螺旋線葉輪血泵流道中的渦流和回流得到了明顯改善,高剪切應力區域體積只占總體積的0.004%,NIH為0.008 9,對血液細胞破壞最小。
本文研究和設計了磁耦合離心血泵的控制系統,簡要介紹了磁耦合離心血泵的結構和原理,分析了人體體循環模型。血泵性能的優劣不僅和結構材料有關,控制算法也對其有很大的影響。針對無刷直流電機,研究了電機電流雙閉環控制算法;為了在不同的工作狀態下算法能夠自適應參數的變化,采用了自整定模糊PI控制算法,給出了模糊規則的設計方法。利用Matlab Simulink組件仿真電機控制系統檢驗算法的性能,并簡要介紹了算法在硬件系統上的實現方法。最后搭建硬件平臺進行實驗,證明了自整定模糊PI控制算法能大大改善血泵的動態和穩態性能,實現了電機轉速和血泵流量的穩定和可調。
植入式微型軸流血泵工作時的高葉輪轉速會增加血液損傷的風險。本文試圖通過將軸流血泵設計成兩級的方式來減小發生溶血和血栓的風險。本文對兩級及單級軸流血泵在進口流量5 L/min、出口壓力100 mm Hg的工況下進行數值模擬, 并對比了溶血程度及血小板活化程度。研究結果顯示, 兩級軸流血泵溶血程度優于單級設計, 而血小板活化程度差于單級設計。在溶血程度和血小板活化程度的指標上, 兩級低-高揚程葉輪組合血泵設計優于兩級等揚程和兩級高-低揚程葉輪組合血泵設計。在降低植入式微型軸流血泵的血液損傷風險方面, 本文的研究結果可為其提供一定的理論基礎和新的設計思路。
目的 優化兒童用碟形血泵的血液動力學性能。 方法 應用計算流體仿真技術（computational fluid dynamics，CFD）對兒童用碟形血泵內的流場進行數值模擬，通過分析數值計算結果對其產生的血栓和溶血現象進行系統的分析研究，根據流場分析結果對現有血泵結構方面的不足實施改進。 結果 選取2 500 rpm、3 000 rpm和4 000 rpm三個不同轉速對血泵流場進行了CFD模擬，每個轉速下選取5個不同的流量出口邊界條件，仿真結果與實驗數據吻合；血泵的增加效果良好，但在低轉速區域葉片表面存在流動分離的情況增加。剪切力的最大值基本維持在100 Pa以內。 結論 該設計碟形血泵流體力學性能較好，流線控制較好，對血栓和溶血的控制理想。但有流葉分離的情況發生，有進一步改進的空間。
心力衰竭已嚴重威脅人們健康，由于供心缺乏，心室輔助作為治療心力衰竭的重要方式，臨床應用日益增多。心室輔助可用于心臟功能恢復前支持治療，作為心臟移植前過渡支持治療及對不適合心臟移植的患者進行永久輔助治療。心室輔助血泵根據結構及工作機制不同，大體上分為三代。本文就心室輔助的血泵的種類及其臨床應用研究進展做一綜述。
旋轉式左心室輔助裝置（LVAD）是治療終末期心衰的一種有效方法。然而當臨床上使用 LVAD 時，患者通常會經歷心室塌陷的嚴重危險，這種現象叫做抽吸，主要是由于為了滿足心輸出量要求所需的過高 LVAD 轉速導致的。某些抽吸檢測算法又因傳感器位置偏移和使用壽命短等原因無法長期應用于臨床。因此，本研究基于 LVAD 的內在血泵參數（泵轉速）提出了一種新穎的抽吸檢測方法，避免了額外傳感器的使用。從泵轉速提取三種特征指標后作為四種分類器的輸入，采用這些分類器對無抽吸和抽吸狀態進行分類。基于人體循環系統和 LVAD 耦合模型的仿真結果表明，該方法可以有效地檢測出抽吸現象，具有較高的分類精度、穩定性和魯棒性。此抽吸檢測系統可作為 LVAD 的重要組成部分，檢測并避免抽吸現象的發生，同時使 LVAD 保證患者的心輸出量要求，并為 LVAD 控制系統的設計和優化提供理論依據和技術支持。
根據中國終末期心衰患者對左心輔助泵輔助人體血液循環的要求，設計以 3 L/min 流量、100 mm Hg 壓升為設計點，流量范圍為 2～7 L/min 的微型可植入軸流血泵。該血泵采用紡錘形的轉子葉輪結構以及帶分流葉片、懸臂葉片的尾導結構，以使血泵在較寬的壓力流量范圍內具有良好的溶血和抗血栓特性。本文用數值模擬及粒子成像測速（PIV）的方法分析血泵的水力學特性、流場及溶血特性。結果表明：血泵轉速為 7 000～11 000 r/min 時，在 2～7 L/min 的流量范圍內可提供 60.0～151.3 mm Hg 的壓升；分流葉片抑制了尾導的尾緣吸力面處的流動分離；懸臂式葉片結構將轉子葉片的葉尖間隙變為尾導葉片的葉根間隙，間隙的切線速度由 6.2 m/s 降至 4.3～1.1 m/s；血泵的最大標量剪切應力值為 897.3 Pa，平均剪切應力值為 37.7 Pa；采用 Heuser 溶血模型得到的溶血指數為 0.168%；PIV 試驗所得泵內尾導區域的流場速度分布與數值計算得到的流場特征吻合良好。本研究所設計的軸流血泵的尾導具有分流葉片和懸臂葉片，流道內血流無較大分離流動，降低了剪切力對血液的破壞，溶血性能良好，壓力流量性能滿足臨床需要。