基于血液动力性损伤机理的植入式轴流血泵结构及驱动装置优化研究

The problem of the blood injury is a shackle affecting the development of the blood pump,which is also an important index of evaluating the blood pump performance.Lots of researches on the blood injury in blood pumps have been carried out at home and abroad.However, in most of the researches,the blood pumps were assumped to be at fixed environmentins,the dynamic affecting factors on blood injury have been nearly ignored,which resulted from the special implanted environment and the high-speed operation of the blood pump. The conception of the blood dynamic injury in an implanted micro axial blood pump is proposed innovatively.Researches will be carried out from the following four aspects.First, the movement, stress and deformation of blood cells in the high frequency vibration flow field will be analyzed. Second,the relationship of the blood dynamic injury and external factors,such as the viscoelastic implanted environment , dynamic parameters of the blood pump drive system, etc,will be studied. Third, the relationship of the blood dynamic injury and internal factors,such as the bearing rotor structure,the impeller structure,etc, will be researched. Finally, the law of multi-factor combining effect on the blood dynamic injury wll be analyzed, the optimization criterion of the blood pump's structure and its drive system will be proposed. Based on the above researches, an implanted micro axial blood pump wll be designed, which can not only meet the requirements of pumping blood, but also be fit for the blood physiological requirement.The theory basis and technical support for the research,development and clinical application of the blood pump will be provided.

血液的损伤问题一直是影响血泵发展的一大桎梏，也是评价血泵性能的重要指标。虽然国内外学者在血泵血液损伤方面做了许多研究，但大多假设血泵处在固定静止的环境中，忽略了血泵特殊的厚壁粘弹性植入环境及血泵高速运转带来的动力学因素影响。本项目首次提出了植入式微型轴流血泵血液动力性损伤概念，并从以下四个方面进行研究：一、血细胞受高频振动及在振动流场中的运动、受力、变形规律；二、血泵植入体粘弹性环境、外磁驱动装置动力学参数等外部因素与血液动力性损伤的关系；三、血泵轴承-转子结构、叶轮结构等内部因素与血液动力性损伤的关系；四、分析血泵内血液动力性损伤的多因素综合作用规律，提出血泵结构、驱动装置的优化准则。通过以上的研究，设计出一种与植入环境相契合、既能满足泵血要求又能满足血液生理需要的微型轴流血泵，为血泵的研究发展及临床应用提供理论基础和技术支持。

血液的损伤问题一直是影响血泵发展的一大桎梏，也是评价血泵性能的重要指标。虽然国内外学者在血泵血液损伤方面做了许多研究，但大多假设血泵处在固定静止的环境中，忽略了血泵特殊的厚壁粘弹性植入环境及血泵高速运转带来的动力学因素影响。本项目首次提出了植入式微型轴流血泵血液动力性损伤概念，并主要对以下内容进行了系统研究：. 1、细胞受高频振动及在振动流场中的动力性损伤基本规律研究。针对血泵高频振动对红细胞损伤的影响，对振动边界流场的单个红细胞变形和受力进行了研究，得到了流场边界振动参数与红细胞损伤的规律，振动频率和振幅的增加，均会导致红细胞变形量增加，细胞膜受力值增加，从而加剧红细胞的损伤；建立了血泵动力学与红细胞损伤的关系。. 2、植入式轴流血泵外部因素对血液动力性损伤的影响研究。从理论、仿真和实验三个方面对血泵在植入环境中受驱动力的动力学系统进行建模研究，得到了血泵植入环境、驱动力及其他血泵动力学参数对血泵动力学响应的影响和规律，基于血液动力性损伤对驱动结构进行优化。血泵在植入环境中振动的固有频域在0-30Hz范围，一般工作时激励应避开此范围；转速增加会减小血泵的振幅，有利于血泵的稳定性。.3、植入式轴流血泵内部因素对血液动力性损伤的影响研究。研究分析了不同轴承-转子结构、叶轮结构对血泵的模态、振型、振动响应和流场参数的影响和规律，结合血液动力性损伤、机械因素损伤，对轴承-转子结构、叶轮结构进行优化。并对血泵表面材料进行了研究，以提高血泵的生物相容性。. 4、基于血液动力性损伤机理的血泵结构及驱动装置优化方法研究。基于植入环境、受力状态、血泵轴承-转子结构、叶轮结构等动力学因素与血泵内血液动力性损伤关系，提出了血泵的结构和驱动系统优化准则，研制了轴流式微型血泵样机，搭建了血泵动力学性能测试试验系统、血泵流体动力学性能测试实验系统、血泵流场PIV实验系统，对血泵各方面的理论和仿真研究进行了验证。