【摘要】：人工心臟在研發(fā)制造完成以后,還未進入臨床實驗前,需要對其泵血性能進行評估,而且人工心臟在研發(fā)設(shè)計過程中需要不斷的進行多次試驗達到優(yōu)化改進。目前,有些研究機構(gòu)使用動物活體做實驗研究,雖然在一定程度上對解決問題是有幫助的,但是動物心臟畢竟不同于人體心臟,收集的數(shù)據(jù)與人體對比差別較大,而且活體實驗周期較長、成本較高。因此,能夠體外準確復(fù)現(xiàn)人體心臟正常生理與心力衰竭生理脈動泵血狀態(tài)數(shù)據(jù)是極其重要的,這些數(shù)據(jù)可以幫助校準人工心臟研發(fā)或者使用過程中一些參數(shù)。實現(xiàn)這個功能,搭建一個體外脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)平臺就顯得尤為重要,雖然不能完全代替臨床實驗,但是可以縮短人工心臟的開發(fā)周期,這也將為相關(guān)心臟疾病研究和醫(yī)療器械開發(fā)提供一個良好的平臺,可以施加目標參數(shù)的脈動流體載荷及完成相關(guān)生理性能測試。心臟、血管、血液構(gòu)成血液循環(huán)系統(tǒng),血液循環(huán)系統(tǒng)不僅復(fù)雜,還有較多的血管非線性摩擦力影響心臟泵出的血液的能量傳遞。在體外建立心臟脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)所要解決的難點在于:(1)心動周期時間較短,導(dǎo)致系統(tǒng)單位周期內(nèi)流量波動大,體外模擬時長期高頻負荷穩(wěn)定性是一個挑戰(zhàn);(2)心血管疾病時血流狀態(tài)的模擬,如主動脈瘤發(fā)生時如何直觀反映主動脈壓力對主動脈瘤的影響?(3)泵血時主動脈的順應(yīng)性及血供的滯后性如何模擬?國內(nèi)外現(xiàn)有報道將心臟舒張期/收縮期時間比簡化為相等,導(dǎo)致不同心率時,瞬時脈動壓力波形的形狀相同,難以表征主動脈瞬時壓力波形,也無法模擬心血管疾病時的血流狀態(tài)。本文采用集中參數(shù)法,提取血液循環(huán)系統(tǒng)的主要特征并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用彈性腔理論,推導(dǎo)并采用合適的激活函數(shù),分別得出心室、主動脈等的彈性腔規(guī)格,針對要解決的難點選擇合適的元器件,最終完成新型心臟脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)的設(shè)計、搭建和數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)可設(shè)置不同心率和不同的收縮期和舒張期所占的時間比,血流量設(shè)置范圍5-35L/min,正常生理、高血壓、心衰等主動脈瞬時壓力波形與真實生理狀況基本一致,在此基礎(chǔ)上完成腦動脈瘤模擬器的設(shè)計、制作,連入系統(tǒng),可模仿真實動脈瘤變化過程;直觀的反映主動脈血液對動脈瘤施加的脈動載荷,可用于手術(shù)模擬器開發(fā)。采用自主開發(fā)的軟件界面控制和硬件結(jié)合的方式,對循環(huán)系統(tǒng)的主動脈壓力進行調(diào)節(jié)控制;通過分析血壓瞬時波形圖與系統(tǒng)流量圖,可以正確反應(yīng)出血液動力學(xué)的性質(zhì),驗證了心臟體外脈動循環(huán)系統(tǒng)模擬真實生理狀況的可行性。論文的主要研究工作如下:(1).對體外脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)依據(jù)的生理學(xué)基礎(chǔ)知識進行梳理,簡要介紹了心臟的醫(yī)學(xué)解剖構(gòu)造、泵血功能及血管網(wǎng)絡(luò)。對血流動力學(xué)涉及的血流阻力,血流量,血液壓力分別進行概述。對比論述了正常生理學(xué)與心力衰竭的血流壓力和血流流量。(2).針對人體血液循環(huán)系統(tǒng)建立等效電路模型。心室與心房的數(shù)學(xué)模型采用時變彈性模型建立,動脈、靜脈的彈性腔模型采用集中參數(shù)建模辦法建立,還對外周阻力及瓣膜進行模擬。特別是對外周阻力和順應(yīng)性進行帶入建立的彈性腔模型計算,滿足體外脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)的特性要求。(3).設(shè)計體外脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)原理圖,對系統(tǒng)中所需要的離心泵、電磁閥、節(jié)流閥等元器件進行選型,尤其對流量傳感器和壓力傳感器的選型,完成系統(tǒng)平臺的搭建工作。將動脈瘤模擬器連入系統(tǒng),體外模擬動脈瘤在主動脈施加脈動載荷的動作過程。(4).完成平臺系統(tǒng)中元器件與軟硬件的連接以及界面控制,解決電磁對系統(tǒng)的干擾,進行計算機界面的調(diào)試。針對主動脈壓力控制,分別講述了心動周期控制,外周阻力控制及左心室控制。通過搭建好的平臺進行實驗,完成主動脈壓力、系統(tǒng)流量等血流動力學(xué)參量的實時測量和顯示。實驗?zāi)M人體正常與心衰生理情況下的血液循環(huán)特性,產(chǎn)生與真實生理狀況擬合度很高的血壓瞬時波形及循環(huán)系統(tǒng)血流量波形,能正確反應(yīng)出血液動力學(xué)的性質(zhì),驗證了心臟體外脈動循環(huán)模擬系統(tǒng)的可行性。同時也驗證了系統(tǒng)連入動脈瘤模擬器作為手術(shù)模擬器是可行的。
【圖文】：

張吸水系統(tǒng)是一個單臂滾輪泵，通過調(diào)節(jié)k尾涑雋髁亢吐齠德�，手动碟X誑刂平諏髯楨義狹�。拆}韻低呈竅嗷ス亓姆Р饈鄖唬Ｄ庵鞫鑾�，外痔d枇湍Ｄ庾笮姆殼�。ＹｉＷｕ辶x蝦停粒歟歟幔椋潁邋澹械熱耍郟常罰菸魅斯ば腦嗟牟饈怨菇艘桓鐾暾哪Ｄ庋坊羋貳Ｈ繽跡保沖義希ǎ猓┦荊沽κ抑械陌臚衷殘喂杞耗てＤ廡氖遙憊杞耗て艿醬醒骨康穆齔蹇掌義隙允嬲牌詰男氖沂┘憂崳⒌難沽�。謮蜇阀用又o迪值ハ蛄鞫�。使用驮擁d模裕紓錚罟芰渝義匣仿分械乃兇榧�，连续流人工心X嗤üＤ庾笮氖壹岸鑾渙擁交仿貳Ｋ遣饈允竊阱義霞鋼植煌奶跫陸械模ń】檔男菹�，健繖n乃摺⒃碩�、充血性心力衰竭、休息辶x希跺義，

本文編號：2653433