發(fā)布時(shí)間：2020-05-06 10:15

【摘要】：心室輔助裝置作為心衰末期患者的主要治療手段之一,得到了越來(lái)越廣泛的臨床應(yīng)用。在心室輔助裝置進(jìn)行左心輔助時(shí),大多采用恒轉(zhuǎn)速控制使患者的平均主動(dòng)脈壓和心輸出量達(dá)到正常生理水平。該控制方式降低了主動(dòng)脈壓的搏動(dòng)性,使收縮壓降低、舒張壓升高,對(duì)血管的功能和幾何結(jié)構(gòu)均會(huì)產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致一系列的臨床并發(fā)癥。此外,恒轉(zhuǎn)速控制方式還可能造成抽吸和返流現(xiàn)象,不能達(dá)到有效的左心輔助目的。因此,心室輔助裝置變轉(zhuǎn)速控制策略的制定是改善其左心輔助效果的有效途徑,是亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)。軸流血泵因其體積緊湊、易植入及創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn)逐步成為心室輔助裝置的主要發(fā)展方向之一。本文以自主研發(fā)的軸流血泵為研究對(duì)象,通過(guò)建立血液循環(huán)系統(tǒng)-軸流血泵耦合參數(shù)模型,提出一種血泵變轉(zhuǎn)速控制方法并分析最佳輔助狀態(tài)下轉(zhuǎn)速曲線的變化規(guī)律,得到各級(jí)心衰條件下變轉(zhuǎn)速輔助的數(shù)值結(jié)果,并與恒轉(zhuǎn)速輔助進(jìn)行比較。最后,根據(jù)轉(zhuǎn)速變化曲線選取特征時(shí)間點(diǎn),通過(guò)CFD數(shù)值模擬分析血泵在瞬時(shí)速度下的內(nèi)部流場(chǎng)分布,并與恒轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行對(duì)比,從而進(jìn)一步證明軸流血泵在理想的最佳輔助狀態(tài)下進(jìn)行變轉(zhuǎn)速輔助研究的可行性,其具體內(nèi)容如下:1.建立血液循環(huán)系統(tǒng)-軸流血泵串聯(lián)耦合參數(shù)模型。首先,建立血液循環(huán)系統(tǒng)集中參數(shù)模型,確定其相應(yīng)的參數(shù)值,并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。其次,建立軸流血泵的三維模型、確定其數(shù)學(xué)方程,將血泵等效成集中參數(shù)模型,串聯(lián)在主動(dòng)脈瓣位置處,建立血液循環(huán)-軸流血泵耦合參數(shù)模型。2.基于耦合參數(shù)模型,提出速度控制方程,得到最佳輔助狀態(tài)下變轉(zhuǎn)速輔助的數(shù)值結(jié)果,并與恒轉(zhuǎn)速輔助結(jié)果進(jìn)行比較。首先,使用血液循環(huán)集中參數(shù)模型,調(diào)節(jié)其相應(yīng)參數(shù),分別得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)心衰模型生理狀態(tài)。其次,提出速度控制方程,得到變轉(zhuǎn)速輔助在不同心衰條件下達(dá)到最佳輔助狀態(tài)的轉(zhuǎn)速變化曲線。然后,根據(jù)轉(zhuǎn)速變化曲線,得到變轉(zhuǎn)速輔助的數(shù)值結(jié)果,并與恒轉(zhuǎn)速輔助進(jìn)行比較分析。3.根據(jù)變轉(zhuǎn)速輔助達(dá)到最佳輔助狀態(tài)的數(shù)值結(jié)果,采用Fluent對(duì)軸流血泵在變轉(zhuǎn)速輔助下的內(nèi)部流場(chǎng)情況進(jìn)行分析,并與恒轉(zhuǎn)速輔助情況進(jìn)行比較。根據(jù)變轉(zhuǎn)速輔助的數(shù)值結(jié)果,在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)選取特征時(shí)間點(diǎn),設(shè)置軸流血泵數(shù)值模擬的邊界條件,分析血泵在變轉(zhuǎn)速輔助下的流場(chǎng)速度與剪切應(yīng)力分布,并與恒轉(zhuǎn)速輔助情況進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn),隨著心衰程度的增加,變轉(zhuǎn)速輔助的速度變化曲線峰值呈上升趨勢(shì),從Ⅰ級(jí)心衰到Ⅳ級(jí)心衰,增幅在1500rpm左右。由于變轉(zhuǎn)速輔助達(dá)到了最佳輔助狀態(tài),在射血期,血泵在變轉(zhuǎn)速輔助下的流量和轉(zhuǎn)速均比恒轉(zhuǎn)速輔助高,其在變轉(zhuǎn)速輔助下的內(nèi)部流場(chǎng)較穩(wěn)定,剪切應(yīng)力較高,局部會(huì)產(chǎn)生溶血,但該狀態(tài)發(fā)生的時(shí)間很短,不會(huì)造成大的溶血產(chǎn)生。在等容收縮期、等容舒張期和充盈期,血泵在變轉(zhuǎn)速輔助下的流量和轉(zhuǎn)速均比恒轉(zhuǎn)速輔助低,其在變轉(zhuǎn)速輔助下的內(nèi)部流場(chǎng)比較紊亂,在進(jìn)出口導(dǎo)葉位置處有明顯的渦流產(chǎn)生,但其剪切應(yīng)力較低,產(chǎn)生的溶血較少。
【圖文】：

9變轉(zhuǎn)速輔助下一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的流場(chǎng)速度和剪切應(yīng)力分布，并與恒轉(zhuǎn)速輔助進(jìn)行比較。本文研究路線圖如圖1.1 所示。圖1.1 研究路線圖Fig.1.1Theroadmapofresearch論文分為五章，各章主要研究?jī)?nèi)容如下：第一章首先簡(jiǎn)單介紹了課題的研究背景及意義、軸流血泵的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后簡(jiǎn)單講述了參數(shù)模型、計(jì)算流體力學(xué)在心室輔助裝置研發(fā)中的應(yīng)用，最后介紹了本文的主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排。第二章首先介紹了血液循環(huán)系統(tǒng)的基本生理知識(shí)，然后建立血液循環(huán)系統(tǒng)集中參數(shù)模型和軸流血泵參數(shù)模型，最后把二者串聯(lián)耦合，建立血液循環(huán)系統(tǒng)-軸流血泵串聯(lián)耦合集中參數(shù)模型。第三章首先基于血液循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)模型，得到正常和四種心衰狀態(tài)的數(shù)值結(jié)果。然后，，基于耦合參數(shù)模型，得到最佳輔助狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速變化曲線。最后，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化曲線，得到變轉(zhuǎn)速輔助的數(shù)值結(jié)果，并與恒轉(zhuǎn)速輔助進(jìn)行比較。第四章根據(jù)轉(zhuǎn)速變化曲線和數(shù)值結(jié)果

圖 2.1 血液循環(huán)系統(tǒng)示意圖[64]Fig. 2.1 The schematic diagram of blood circulation system循環(huán)系統(tǒng)集中參數(shù)模型
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH789

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2651113