一種經(jīng)皮導(dǎo)管泵的設(shè)計與實驗研究.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，因其植入簡便、創(chuàng)傷小等特點，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)計了一種可用于短期心室輔助的經(jīng)皮導(dǎo)管泵，并利用計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)對其流場的血液動力學(xué)行為進行了仿真，借助數(shù)學(xué)模型，對抗溶血、血栓性能進行了預(yù)測，最后通過水力實驗驗證了導(dǎo)管泵的可行性。
　　首先，確定了經(jīng)皮導(dǎo)管泵的基本設(shè)計要求，在此基

2、礎(chǔ)上提出了經(jīng)皮導(dǎo)管泵的設(shè)計方案，確定了葉輪的結(jié)構(gòu)和電機的驅(qū)動參數(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)對流道進行網(wǎng)格劃分，應(yīng)用k-ε湍流模型進行數(shù)值仿真，采用基于拉格朗的粒子示蹤技術(shù)，獲得血細胞粒子的活動軌跡。采用Giersiepen模型進行抗溶血性能預(yù)測，借助 Grigioni和Danny Bluestein模型進行血栓預(yù)測。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，流

3、量為4L/min時，泵的揚程可以達到94mmHg，達到左心室輔助要求；速度場顯示泵內(nèi)流動模式規(guī)則，沒有明顯導(dǎo)致血損的流動模式；流道內(nèi)，最大壁面切應(yīng)力為158Pa，僅分布于靠近進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，小于實驗允許值5.23E-03；Grigioni和Danny Bluestein模型計算得到的導(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的實驗允許值。基于CFD的數(shù)值分析表明，本文提出的導(dǎo)管泵可滿足水力性能和血液相容性的要求。
　　最后，搭建了血液循環(huán)模擬實驗臺，制作了導(dǎo)管泵樣機，并進行了水力實驗。水力實驗結(jié)果表明，實驗所得到的H-Q特性曲線與模擬特性曲線整體變化趨勢相同。在轉(zhuǎn)速為9000r/min、流量為4L/min時，揚程為為82.6mmHg，可達到水力性能要求。實驗的揚程數(shù)值在相同流量下比仿真結(jié)果低5-15mmHg，原因在于實驗過程中的機械、水力損失