一種經(jīng)皮導(dǎo)管泵的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、經(jīng)皮導(dǎo)管泵是一種借助微創(chuàng)手術(shù)植入的新型左心室輔助裝置，因其植入簡(jiǎn)便、創(chuàng)傷小等特點(diǎn)，可作為急性心衰患者的短期治療方法和急救措施，以維持患者的血液循環(huán)。
　　本課題基于左心室輔助的生理要求，設(shè)計(jì)了一種可用于短期心室輔助的經(jīng)皮導(dǎo)管泵，并利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)對(duì)其流場(chǎng)的血液動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了仿真，借助數(shù)學(xué)模型，對(duì)抗溶血、血栓性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)，最后通過(guò)水力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了導(dǎo)管泵的可行性。
　　首先，確定了經(jīng)皮導(dǎo)管泵的基本設(shè)計(jì)要求，在此基

2、礎(chǔ)上提出了經(jīng)皮導(dǎo)管泵的設(shè)計(jì)方案，確定了葉輪的結(jié)構(gòu)和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。
　　其次，應(yīng)用CFD技術(shù)分析導(dǎo)管泵的水力性能和血液相容性。采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分，應(yīng)用k-ε湍流模型進(jìn)行數(shù)值仿真，采用基于拉格朗的粒子示蹤技術(shù)，獲得血細(xì)胞粒子的活動(dòng)軌跡。采用Giersiepen模型進(jìn)行抗溶血性能預(yù)測(cè)，借助 Grigioni和Danny Bluestein模型進(jìn)行血栓預(yù)測(cè)。導(dǎo)管泵的水力特性曲線表明導(dǎo)管泵在轉(zhuǎn)速為9000r/min時(shí)，流

3、量為4L/min時(shí)，泵的揚(yáng)程可以達(dá)到94mmHg，達(dá)到左心室輔助要求；速度場(chǎng)顯示泵內(nèi)流動(dòng)模式規(guī)則，沒(méi)有明顯導(dǎo)致血損的流動(dòng)模式；流道內(nèi)，最大壁面切應(yīng)力為158Pa，僅分布于靠近進(jìn)口處的葉片工作背面，其他區(qū)域的壁面切應(yīng)力均低于150Pa；導(dǎo)管泵的溶血值為2.70E-05，小于實(shí)驗(yàn)允許值5.23E-03；Grigioni和Danny Bluestein模型計(jì)算得到的導(dǎo)管泵血小板活性值PAS分別為6.35E-06和7.68E-04，小于3.03

4、E-02的實(shí)驗(yàn)允許值?；贑FD的數(shù)值分析表明，本文提出的導(dǎo)管泵可滿(mǎn)足水力性能和血液相容性的要求。
　　最后，搭建了血液循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，制作了導(dǎo)管泵樣機(jī)，并進(jìn)行了水力實(shí)驗(yàn)。水力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所得到的H-Q特性曲線與模擬特性曲線整體變化趨勢(shì)相同。在轉(zhuǎn)速為9000r/min、流量為4L/min時(shí)，揚(yáng)程為為82.6mmHg，可達(dá)到水力性能要求。實(shí)驗(yàn)的揚(yáng)程數(shù)值在相同流量下比仿真結(jié)果低5-15mmHg，原因在于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的機(jī)械、水力損失