离心式心室辅助装置学血液动力学及叶轮径向偏心力的研究

发布时间：2020-03-31 09:05

【摘要】：在过去20多年时间里,我国心力衰竭的患病率和死亡率不断上升,心力衰竭已成为严重危及人类生存的重大疾病。对于心力衰竭患者,主要有药物治疗和心脏移植两种手段。对于心力衰竭的晚期患者,使用药物治疗的一年内的存活率几乎为零;对于心脏移植手术,由于供体心脏的严重短缺,很多心力衰竭患者在等待供体心脏的过程中死亡。心室辅助装置作为一种新的治疗手段,可以延长患者的存活率,提高生活质量,具有广泛的发展前景。对于第三代离心式心室辅助装置,采用叶轮悬浮技术,可以减小泵体内部的机械摩擦,但是增加了叶轮控制的难度,为此,研究叶轮上所受的径向偏心力以及泵体的血液动力学极为重要。针对第三代心室辅助装置,本文根据正常人体的生理条件,确定设计离心式心室辅助泵所需的初始设计参数,并结合旋转机械的相关理论知识,设计计算出泵体的基本参数,建立泵体内部流道的计算模型,利用Fluent软件进行数值计算。分别设计出三种出口位置不同的叶轮,研究叶轮出口流道的不同对泵的水力性能以及泵体内部压力分布、壁面切应力等血液动力学以及叶轮径向偏心力的分布规律,结果表明,叶轮流道向底部方向移动时,得到更平坦的水力性能曲线,但是其在隔舌处的壁面切应力最大,更容易引发溶血。同时,也对泵体上下间隙之间的回流初步分析,叶轮流道向底部移动时,顶部的回流增加,反之则呈现相反趋势;考虑泵的安装位置可能会发生变化,因此也对研究重力方向不同对泵的性能影响,结果表明重力的方向对泵的性能没有影响。基于以上的仿真计算结果分析,发现最大压力以及最大壁面切应力均出现在泵体内部的隔舌处,隔舌是泵体内部极其复杂的一块区域,也研究了隔舌圆角尺寸对血液动力学以及叶轮径向偏心力的影响。为此,设计并绘制出4种隔舌圆角不同的涡室。研究隔舌圆角对泵的水力特性以及流内部流场的压力、壁面切应力等影响规律,同时研究分析对叶轮径向偏心力的影响,结果表明增大隔舌圆角,水力性能降低,径向偏心增大,隔舌圆角为2mm时溶血隔舌处壁面切应力最小,溶血性能更好。血液动力学是心室辅助装置的一个重点研究内容,泵体的结构变化引起泵体内部流场的变化。研究泵体内部的血液动力学以及叶轮所受的径向偏心力分布规律,对第三代心室辅助装置都具有重要的意义。
【图文】：

心室辅助装置

- 3 -c) Thoratec VAD[19]d) HeartMate VAD[20]图 1-1 第一代心室辅助装置Berlin Heart Excor[17]由德国 Berlin Heart 公司研发制造，，是一种与人体扭动外置式循环支持系统，可用于单心或者双心辅助，主要在欧洲国家等待心脏移植过渡的病人。1988 年这种心室辅助装置首次成功地用于or 主要由气动泵，连接血泵与心腔血管的管道以及电气驱动系统组成。聚氨酯材料制作而成，有一个由三层聚丙烯组成的隔膜，该隔膜将血室与气体室两部分。外面两层膜是可长期承受机械张力的动力膜，内直接接触。血泵的流入端与流出端都装有瓣膜以保证血液的单向流动一个排气口，可在血泵压缩的初期阶段将泵内的气体排出。截止 2007 年 631 名患者通过安装 Excor 心室辅助进行治疗[18]。其中最长辅助时间年，证明了在长期心室辅助中的安全性与可靠性。Excor 在成人、儿童的临床实践中取得了比较满意的成果，故障率低和低血栓发生率是其

心室辅助装置,第二代

第一代心室辅助装置相比，第二代心室辅助装置采用高速旋转的转子轴流泵血，使得血泵的体积更小，噪音更小，适合携带，患者的活动而不仅仅局限在床上，适合植入体内，且术后感染更小。但是，对于轴出口的压力变化极易引起流量的变化，导致流量不够稳定。由于没有瓣液单向流动，泵的转速必须足够大，使得泵出口的压力大于主动脉中压会出现血液倒流等现象，高速旋转的叶轮也增大了血液被破坏的可能性成溶血等现象，危及患者的生命。a) Jarvik 2000 VAD[24]b) HeartMate II[26]
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77

【参考文献】