基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟

为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性,将一种黏弹性流体k-ε模型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的静压和切应力的分布规律,并将溶血指标计算方法与此黏弹性紊流模型结合,计算了黏弹性流体为工质时血泵的溶血指标,并与水为工质时的计算结果进行了对比.结果表明:在相同转速和流量条件下,质量分数为0.06%的黄原胶溶液为工质时的静压压升高于以水为工质时的相应值,质量分数为39%的甘油溶液为工质时静压压升最不明显;甘油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于水和黄原胶溶液的相应值;黏弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低,且数值处于同一数量级上.该模型能较为准确地预测血泵内黏弹性流体的紊流流动特性,但血泵的结构需进一步优化和改善.     

轴流式血泵内部流场和生物相容性的数值分析

设计了一种新型磁悬浮轴流血泵，使用圆锥型磁轴承以避免由动静部件接触摩擦引起的血栓问题，其结构小巧紧凑并利于磁悬浮的实现．利用数值方法对血泵内的流场进行了模拟，加装出口导叶以改善血泵内部流场，得到了血泵的水力性能曲线及泵内压强、壁面切应力的分布．验证了转子和泵壳间的狭缝中存在与主流方向相反的逆向稳定冲刷流动，避免了狭缝内流动停滞，减少了血栓形成几率．给出了一种利用数值方法计算溶血指标的方法，并通过溶血指标的计算评价了血泵内的溶血程度，发现雷诺切应力是导致溶血的主要原因．     

基于多相流的轴流血泵流场分析及溶血指数预测

为研究血泵内部血细胞分布规律及溶血预测方法,以自制轴流血泵为例,应用多相流分析方法,采用多重参考坐标系法(MRF)等技术建立数值分析模型,并通过体外循环实验验证模型的有效性。进一步分析血泵内部血细胞浓度、速度、压力等的分布规律,得到血细胞破坏区域和一般规律。根据优化的溶血模型对血泵的溶血性能进行评估,在此基础上提出溶血实验指标标准溶血指标(NIH)与溶血预测值之间的转换关系。研究结果表明:血细胞在血泵内部不是均匀分布,叶轮处有明显分离现象;血泵内部剪切应力在200 Pa以下的区域的体积分数约为98.6%,高剪切应力主要位于叶轮顶部和外壳的间隙处;在剪切应力为常数时,优化的溶血预测模型和Giersiepen实验得到的溶血模型相符合;采用优化模型计算得到血泵平均溶血预测值0.005 7,具有较好的溶血性能。     

叶轮叶片数及叶片角对血泵溶血性能的影响

为研究不同的叶片数和螺旋角对溶血的影响,制作了2组共5个叶轮.第1组叶轮具有不同叶片数,第2组叶轮具有不同叶片角,分别进行溶血比较试验.研究结果表明,叶片数为6,对数螺旋角为30°的叶轮溶血指数最低.     

对称离心式血泵结构优化与仿真分析

为减少血液涡流及降低溶血发生率,优化了对称离心式血泵的蜗壳及出口管结构并借助Fluent软件对其进行仿真分析。结果表明,将蜗壳横截面形状设计为内扩梯形并对出口管进行改造后,可有效提升血泵性能且溶血预测值满足使用要求。     

基于血液撞击损伤机理的高速螺旋血泵仿真分析

采用血液流变学及应力波理论,对高速螺旋血泵中血液撞击损伤机理进行研究,分析红细胞-固壁撞击破碎的过程和红细胞膜冲击破碎的条件;通过血液撞击损伤实验,对不同撞击速度下血液生理性能指标变化及红细胞微观形态进行观测分析,得出红细胞破碎的临界撞击速度;结合所设计的螺旋轴流血泵及螺旋混流血泵,应用多相悬浮体CFD 仿真技术,对血泵中的速度场进行仿真分析.研究结果表明当垂直撞击速度达到6 m/s 以上时,红细胞有可能发生破裂而导致溶血;所设计的螺旋混流血泵中血液由于红细胞撞击破碎而导致的溶血情况并不严重,其血液撞击损伤程度比螺旋轴流血泵的撞击损伤程度低.     

泵机合一的叶轮式人工心脏研究进展

作者研制的左心室辅助叶轮血泵已经能够稳定地维持动物血液循环 2个月 ,但轴承磨损后叶轮振动引起溶血 ,以及轴承机械摩擦生热产生血栓等问题 ,仍有待解决 作者最新研制的泵机合一的新颖心脏泵 ,采用陶瓷轴承并在轴承内通过输液的方法 ,解决了上述问题 此外 ,新装置将有刷马达磁偶合驱动改进为无刷马达直接驱动 ,将霍尔元件控制改为无位置传感器控制 ,以及用数控线切割机加工叶轮等 ,大大提高了整个系统的驱动控制性能和加工精度 ,泵的使用寿命有望提高到 1年以上     

应用霍尔传感器测量无源磁浮心脏泵转子位置

无源磁浮叶轮血泵采用一种新颖的、具有径向轴承功能和轴向弹簧功能的永磁轴承，并能结合液动力实现血泵转子稳定悬浮．无源磁浮叶轮血泵不仅保持了旋转血泵的优点，而且消除血泵内机械磨损，减少血栓和溶血的形成．作者利用实验室自制血泵转子位置测量系统，根据霍尔传感器采集的转子位置信息，定性分析了转子位置及流量、进出口压力差对转子悬浮稳定性的影响。实验结果显示：转子在旋转时与定子脱离，且磁浮稳定性不受血泵流量、进出口压差的影响；转子在静止时与定子随机接触．     

泵机合一的叶轮式人工心脏研究进展

作者研制的左心室辅助叶轮血泵已经能够稳定地维持动物血液循环2个月，但轴承磨损后叶轮振动引起溶血，以及轴承机械摩擦生热产生血栓等问题，仍有待解决。作者最新研制的泵机合一的新颖心脏泵，采用陶瓷轴承并在轴承内通过输液的方法，解决了上述问题，此外，新装置将有刷马达磁偶合驱动改进为无刷马达直接驱动，将霍尔元件控制改为无位置传感器控制，以及用数控线切割机加工叶轮等，大大提高了整个系统的驱动控制性能和加工精度，泵的使用寿命有望提高到1年以上。     

Prediction of shear stress-related hemolysis in centrifugal blood pumps by computational fluid dynamics

A quantitative evaluation of shear stress-related hemolysis in centrifugal blood pumps with different impeller designs has been investigated. Computational fluid dynamics (CFD) is applied to track the shear stress history of the streamlines of red cells. The power law model of the relations among the hemolysis, shear stress and exposure time is used to evaluate the hemolysis in the pumps. Hemolysis tests are also conducted to verify the estimations. Both the estimations and experimentally measured hemolysis levels show that the hemolysis in the streamlined impeller pump developed by the authors is lower than the pump with straight-vane under the same boundary conditions. The approach is proved to be acceptable and practical to predict hemolysis levels of blood pumps.     

Computational fluid dynamics modeling and hemolysis analysis of axial blood pumps with various impeller structures

The flow fields in the blood pump were analyzed three-dimensionally using computational fluid dynamics (CFD). Hemolysis of the pump was calculated based on the changes in shear stress and related exposure times along the particle trace lines using a forward Euler approach. In this way, how different impeller structures and rotational speeds affect the hemolysis was particularly acquired. As a result, impeller with long-short alternant vanes behaved best in hemolysis property and can be utilized to axial blood pumps’ development and design.     

医用输液、注射器和卤化丁基胶塞的溶血性测定

摘要: 目的通过测定河北省内生产、销售或正在使用的医用输液器、注射器具和注射用卤化丁基胶塞的溶血性,以评价其生物安全性。方法依据国标,采用体外静态直接接触溶血法,以实验兔心脏血为材料,分别测定了一次性输液器、一次性无菌注射器和注射用卤化丁基胶塞各10 批样品的溶血率,并对该3 类产品体外溶血程度进行了比较。结果所测样品的溶血率均＜ 5%。结论所测样品的溶血性均符合相关产品标准的规定,表明该3 类产品在溶血方面具有一定的生物安全性。     

改性纤维素材料的细胞相容性评价

根据细胞相容性评价的试验方法,对自制的一种改性纤维素医用材料进行了细胞相容性评价. 采用细胞生长抑制法(MTT比色法)测定了改性纤维素材料对L-929小鼠细胞的细胞毒性. 结果表明改性纤维素材料对L-929细胞无明显毒性作用,毒性评价为0级或1级;采用间接接触法测定了改性纤维素材料对血液的体外溶血试验,结果表明改型纤维素材料对血液的溶血率为1.5%,小于国家规定的5%,属于无溶血反应.     

In Vitro Hydrodynamic Test and In Vitro Hemolysis Test for Development of Inexpensive Spiral Vortex Ventricular Assisting System Using IABP Console

The purpose of this research is to develop an inexpensive pulsatile blood pump system for short-term use, as a combination of the usage of IABP console and spiral vortex pump. In vitro hydrodynamic test and in vitro hemolysis test were conducted to check the practical performance.     

溶血对氧化酶法测定葡萄糖含量影响的实验研究

目的探讨标本发生溶血后对氧化酶法测定葡萄糖所产生的影响及纠正方法.方法随机抽取门诊正常健康血液标本900例,溶血标准采用血浆游离血红蛋白的浓度来评价,葡萄糖浓度运用双波长法测定.最终采用二元一次方程回归,对比纠正前后存在的偏差值,并判定其纠正结果.结果经测定,溶血后的葡萄糖测定值低于实际值,且溶血程度越严重则受感染的结果越明显.最终所得的平均回归方程组为Z=0.415+0.053X+0.014Y,相关系数值r=0.974;经回归后纠正前偏差值δ1=-13.4%,纠正后偏差值δ2=-7.7%,纠正后差值在可允许误差范围±0.1内(P0.05).结论通过回归方程纠正后,葡萄糖浓度测定值和实际值存在的差值在可允许范围之内.     

应用红细胞光敏模型评价抗光敏中药添加剂

 研究了紫外线或光敏药物单独存在的条件下以及不同照射时间和不同药物浓度条件对模型的影响。建立了长波紫外线诱导光敏药物致使红细胞溶血模型,通过检测红细胞损伤后上清液中的血红蛋白含量,计算溶血率,从而反映细胞损伤程度。结果表明,紫外线低剂量或氯丙嗪单一条件存在时,并不能引起红细胞溶血;当氯丙嗪含量为0.33mg/mL,紫外线照射30min可致红细胞50%溶血,照射60min可使细胞100%溶血。应用此模型对10种中药及植物成分进行检测,筛选出银杏叶提取液、茶多酚和葡萄籽提取液3种具有抗光敏功能的活性成分。其中,银杏叶中主要成分黄酮类物质通过广泛的紫外吸收能力从源头阻止紫外线对细胞膜的损伤,茶多酚、葡萄籽中的多酚类物质通过清除自由基等光产物对细胞膜起到保护作用。