心脏辅助与替代装置中的血泵

背景：心脏替代型血泵得到迅速地发展,不仅在结构上具有便携辅助式或体内植入式,性能上也通过了几代的改进而具有良好的生理相容性。 目的：介绍心脏可视化手术中人工心肺机用血泵,心脏终末治疗时机械替代用的各种辅助血泵和全人工心脏,并展望人工心脏未来发展的趋势。 方法：应用计算机检索维普数据库、IEEE Xplore数据库、Springer Link数据库及谷歌学术进行检索并参考相关书籍,以“血泵”、“人工心脏”为关键词,选择内容相关的文献。 结果与结论：共纳入43篇文献。血泵为实现心脏直视手术及心脏的终末治疗提供了可能性,有非常高的临床价值。但血泵从结构设计和控制方面都有待提高,其中做到血泵用材料与人体具有良好的生理相容性及生理参数的控制系统是目前血泵发展的关键问题。     

新型磁耦合式轴流血泵

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125mm,容积147ml,材料是TC4钛合金,总重量380g,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8000rpm时输出为6.8L/min、120mmHg。（2）在120小时的连续动转过程中,血泵的表面温度变化较小;密封性能也较好。（3）24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。     

用哲学原理认识心脏泵血机制

在中等卫生学校生理学教学中，心脏泵血机制复杂、内容多、变化因素多，难记忆，学生感到抽象、枯燥。如将唯物辩证法原理正确恰当应用于教学心脏泵血原理中，可增加学生的知识领域，开拓思维方式，学会辩证思维，提高记忆效果，增强学习信心。1．对立统一规律是心脏泵血机制的     

Ⅰ型血泵左心辅助循环动物实验研究

为了对Ⅰ型血泵进行深入研究以便在此基础上进行改进，我们选择９只心脏正常犬进行左心辅助动物实验，以验证该泵的血液动力学输出性能、对心脏的辅助功能及对血液的破坏程度。在动物实验中，血泵放入胸腔内，进口通过静脉插管经左心房耳插入左心房，出口经过动脉插管插入升主动脉。输液、测试、辅助管路接通后，控制血泵的辅助流量为心输出量的２５～３０％左右。结果显示：１．辅助流量在５００～６００ｍｌ／ｍｉｎ时，主动脉收缩压可达１３０ｍｍＨｇ，证明Ⅰ型血泵输出性能满足辅助时生理血液动力学要求。２．辅助后，主动脉舒张压和心脏总输出量均升高，提示此血泵对冠状动脉血流量的增加及心脏泵血具有辅助功能。３．辅助４小时后，血浆中游离血红蛋白含量由２．４ｍｇ／ｄｌ升高到３．１ｍｇ／ｄｌ，纤维蛋白未发生明显变化，说明此血泵对血液有较轻的破坏     

人工心脏电动叶轮血泵的动物实验研究

作者报道了左心室辅助及双心室辅助叶轮血泵的急性实验和存活实验。证明离心型人工心脏在可植入性，血液相容性及机械可靠性等方面具有一定优势。并讨论了叶轮血泵的密封问题，从而为叶轮血泵的进一步动物实验，为过渡至急性心脏梗塞后心源性休克和心脏手术后的短期辅助为目标的临床应用准备条件，对于心脏移植前心室辅助超过２周甚至长达数月的叶轮血泵尚需作进一步的研究。     

流场测试技术及其在血泵流场测试中的应用

心脏辅助血泵应用后出现的大多数并发症都与血液的流体动力学特征以及血泵制作的材料有关.因此,分析和认识辅助血泵内部流场对于血泵的设计和改进有着重要意义.     

脉动流低溶血叶轮血泵

采用特殊设计的扭曲叶轮,研制成脉动流叶轮血泵,当叶轮转速周期性改变时,产生出符合生理要求的脉动血流。由于血细胞的速度变化达极小,泵内紊流切应力也达极小,所以血泵达最佳的溶血性能。血泵输出的平均流量和压力,由输入电机的方波电压的平均值决定,与脉动频率基本无关。为了达到40mmHg的压力脉动又不产生返流,需要40％的收缩期和5V的电压脉动。脉动流叶轮血泵同时在收缩期排血和充盈,跟隔膜血泵不一样。在实验室作溶血比较时,脉动流叶轮泵的溶血约为自制隔膜泵的1/6和丹麦产Polystan脉动泵的1/13;动物试验中,脉动流叶轮泵工作20小时,试验动物体内血细胞计数,血色素和红细胞容积均下降得不明显,血浆游离血红蛋白保持在50mg％以下。     

基于心室功的血泵控制算法研究

针对外磁场驱动轴流式血泵的控制,提出基于心室功的控制算法。分析自然心脏和人工心脏之间做功关系,建立用于驱动血泵电机的控制模型,根据常态生理参数,对血泵的控制模型进行计算和实验。基于心室功的控制算法与其他控制算法比较,有利于评价左心室辅助装置的性能,更符合实际生理需求;充分发挥驱动电机效率,避免系统长期工作在高速阶段,从而避免系统高温,有助于抑制血泵对血液的破坏。     

与人体血液需求量自适应的血泵流量控制算法

目的 为了使血泵驱动器能够根据患者的生理需求调节血泵输出,提出基于心率的自适应血泵控制算法,该算法得出的算法流量能随着生理需求而变化.方法 基于心率与心输出量之间的关系,将血泵输出流量设计成为心率的函数,根据文献中提供的正常人体心率与心输出量的数据,利用最小二乘法求得算法中的常量系数.为验证算法的准确性,计算出根据算法所得到的血泵输出流量与正常人体自然心脏心输出量之间的最大误差和相关系数.结果 当心率为75次/min时,根据上述算法得到的流量能达到5.01L/min;在50～120次/min心率范围内,算法中流量会随着心率的提高而增大;算法流量与自然心脏心输出量的相对误差为1%,相关系数为0.997.结论 以上结果表明,该算法可以根据受试者的血液需求量自动调整血泵工作状态.     

解析心脏的泵血功能

心脏为脉管系统的一个重要器官,它的主要功能是泵出血液,从而让血液在全身循环流动。心脏是一个有四个空腔的器官,由左右两个心泵构成,左侧心泵由左心房、二尖瓣与左心室组成,右侧心泵由右心房、三尖瓣与右心室组成。左心负责完成体循环,右心负责完成肺循环,两侧心泵呈串联状态。在每侧心泵中,心房的收缩力弱,主要是将血液从静脉注入到心室;心室的收缩力强,是心脏泵血的动力源泉。因心脏解剖结构复杂,所以它的泵血过程学习起来不太容易。本文从"讲解结构,解释概念,分析过程"三个层次分别详细说明,以期达到理想的学习效果。     

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。最后展望了体外循环用离心血泵的发展趋势。     

血泵驱动电机的生理控制策略研究

目的在分析现有血泵电机驱动控制策略的基础上,以外磁场驱动轴流式血泵为研究对象,提出基于心室功的血泵驱动电机控制策略,使血泵的输出控制模拟心脏输出的工作机制,提高受体的生活质量。方法建立主动脉瓣处包含血液动力学参数的压力和流量方程,设计了血泵的控制系统及实现方法;以常态和病态血液动力学参数作为例子,对控制目标模型进行仿真;实验严格控制系统的可行性。结果不论是常态还是病态,主动脉瓣处仿真压力与临床数据基本相符;血泵电机的输出与控制目标模型相符,控制系统的响应满足控制性能的要求。结论以心室功作为血泵的控制目标容易满足受体的生理要求,使血泵电机运行在最佳工作状态,为基于生理机制的血泵控制提供一种方法。     

电动马达驱动的全人工心脏研究进展

利用滚动螺杆的电动马达驱动的全人工心脏的驱动装置正在发展之中。三相直流电机产生双向旋转运动,这种双向旋转运动通过旋转螺杆转变成直线运动。推进板在轴的任意一端交替地压缩左右血泵囊血液,这个血泵放置在马达外壳的任意一端。该血泵使用Bjoik—shiley瓣膜。根据心脏左右心室容积的不同,可以利用马达调节器平衡左右血泵的输     

气动式左心辅助泵气室密封工艺的改进

空气驱动式左心辅助泵血泵部分与气室部分之间的密封方法,一直是泵研制者关注的问题.广东省心血管病研究所研制的左心辅助泵(罗叶泵)由原来设计的螺栓密封改进为树脂螺纹套密封,泵体积在有效容积不变的情况下,外尺寸大大缩小,密封性能也大幅度提高.改进后的左心辅助泵通过了200多天的体外模拟试验及活体动物试验,结果显示泵的血流动力学性能良好、气动驱动性能也正常,性能达到设计要求.     

应用CFD对人工血泵流场进行数值仿真

发展人工心脏以便在某些情况下代替心脏进行供血已成为医学界的普遍要求。血泵研制和改进中所面临的主要难点之一是血液在血泵中的流动分离等复杂流动情况 ,对人工血泵中血液的流体动力分析是发展先进人工血泵的前提。本文应用计算机求解三维Navier Stokes方程 ,对某型血泵叶片通道间内部流场进行了数值仿真。研究分析结果表明 ,血泵中流体具有非常复杂的流动情况。为避免流动中分离造成流体升压比下降和血细胞破坏 ,对通道的进口和小叶片的安放位置以及叶片高度的变化都提出了很高的要求。充分应用计算流体力学的发展来推动人工血泵的研究具有非常广阔的前景     

基于主动脉内血泵的集中参数模型研究

目的为研究主动脉内血泵出入口的压力差和血液流率之间的关系,并以此预测血泵的血流动力学参数,建立主动脉内血泵非线性集中参数模型。方法该模型依靠血泵本体参数,不包含循环系统的血流动力学参数。模型包括:电流源,与血泵转速相关,表示被血泵叶轮推出的流率;内阻,用来模拟主动脉内血泵径向间隙之间的阻力;电感,表示流过主动脉内血泵径向间隙的血液的惯性。结果模型可模拟从肺淤血到心室塌陷等各种心脏的生理状态。通过模型得到了血泵的特征方程,方程中参数值由体外循环实验确定。结论通过比较预测血泵压力差和实际测量压力差验证特征方程准确性,结果显示误差小于5%,因此该模型能够准确预测血泵压力差。     

各种辅助泵对心室功能恢复的影响

应用自制隔膜泵、非捕动流叶轮泵和捕动流叶轮泵,以及临床应用的美国Ｓａｒｎｓ转子泵分别在迷你猪和小公牛身上做左心室或双心室辅助试验。结果显示搏动流泵在自然心脏衰竭时能维持动物主动脉压的搏动特性,从而降低周身而增加血流循环流量,而叶轮泵及转子泵因没有瓣膜返流能提高动物主动脉舒张压,增加自 脏冠状动脉灌注,因此搏动流叶轮泵对于衰竭心脏功能的恢复,最为有利。     

离心血泵内部流场数字模拟及溶血分析

血泵是心脏辅助循环装置的核心部件之一,其运行过程中所产生的血栓和溶血超出安全范围将会引发多种并发症,严重者甚至危及病人生命,因此血栓和溶血问题是衡量血泵性能的重要指标也是血泵的重要研究课题。研究表明,溶血主要是由血泵内叶轮的机械运动及血液的复杂流动的高剪切力引起。因此溶血多出现在血液与固壁接触面上及复杂流动的流体问。本次研究的目的是要探索用数值模拟的方法分析离心血泵内部的流场及溶血情况,在研究中通过与上海某医院合作实验采集一种叶片式离心血泵运行过程中的实验数据,再对该叶片式离心血泵内部流场进行数值模拟,通过对比血泵实际运行情况与数值计算结果对其内部血栓和溶血问题进行系统的分析研究,最终数值模拟分析的情况与该血泵在实际运行中的血栓和溶血情况基本相符。通过本次研究探索用数值模拟的方法对血泵的血栓和溶血现象进行分析,特别是对溶血现象进行一定程度的定量分析,此分析结果及分析方法可为血泵优化及临床应用做方法指导之用。     

往复式电磁铁驱动搏动式血泵的可行性研究

目的为了得到更适合血液循环的动力装置,提出一种用于体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)系统由电磁铁驱动的搏动式血泵,并研究其可行性。方法首先利用电磁原理设计出电磁驱动机构,主要部件包括对称的两个电磁铁和压簧,两个电磁铁交替通电下使得动铁芯往复运动;利用容积控制原理,泵腔在动铁芯的驱动下收缩舒张;然后根据上述原理设计出血泵模型,包括电磁驱动部件和泵腔;最后建立包括血泵、电路控制部分、示波器、加速度传感器、输入输出管路和储液池的试验台,对血泵模型进行驱动力和流量输出测试。结果血泵模型在通电电压7～12 V时动铁芯的初始驱动力为2. 97～8. 00 N。血泵模型产生的初始驱动力与工作电压呈正相关非线性关系,当通入电压12 V时血泵模型初始驱动力满足要求。当前压与后压为0、频率80次/min、工作电压7～12 V时的流量输出为0. 97～3. 81 L/min。当前压与后压为0,工作电压12 V、频率60～90次/min时的流量输出为3. 1～3. 8 L/min。当工作电压12 V、频率80次/min、前压0～40 cm H2O和后压50～110 cm H2O时的流量输出为0. 55～3. 59 L/min。血泵流量与工作电压和频率呈正相关,与后压呈负相关,与前压无显著性相关。结论往复式电磁铁驱动搏动式血泵基本满足ECMO临床要求,具有广泛的应用前景,对体外循环血泵的发展具有重要意义,但仍需进一步研究和改进。     

左心室辅助装置技术现状及未来展望

介绍了临床应用的左心室辅助装置的类型和结构特点,分析了基于生理机制的血泵电机参数的血泵控制策略;提出基于多生理信号约束的控制策略控制血泵输出,易满足受体的需求。结合血泵系统现状,从血泵的结构、穿皮能量传递方式和控制策略等方面探讨今后的研究目标。