發(fā)布時(shí)間：2021-08-17 01:04

　　心血管疾病成為了人類壽命的殺手,在全球死亡病例中,心血管疾病患者的病例就占據(jù)了三分之一。通過(guò)移植一個(gè)人工心臟可以輔助或者代替原有的心臟工作,從而解決供體不足的問(wèn)題和等待供體的時(shí)間問(wèn)題,增大了存活的幾率,降低醫(yī)療成本。對(duì)于現(xiàn)有的人工心臟泵存在著尺寸大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易感染、發(fā)熱、設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣、溶血、效率低、可靠性差、懸浮穩(wěn)定性問(wèn)題。雙向液力懸浮的人工心臟泵可以較為有效的解決上述問(wèn)題。本課題為了著重解決葉輪效率低、溶血、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性以及可靠性問(wèn)題,同時(shí)提升設(shè)計(jì)效率,采用雙向液力懸浮式的人工心臟泵開展設(shè)計(jì)、優(yōu)化仿真與可靠性方面的研究。針對(duì)人體血液狀況與先進(jìn)人工心臟泵設(shè)計(jì)指標(biāo),運(yùn)用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,建立了一種雙向液力懸浮的人工心臟泵。建立損失、穩(wěn)定性和溶血的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,賦予各個(gè)分目標(biāo)函數(shù)以權(quán)重之后,統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù),運(yùn)用兩種智能算法在給定域中尋優(yōu)。通過(guò)比較,選擇優(yōu)化數(shù)值更為理想的尺寸參數(shù)作為優(yōu)化后的結(jié)果,進(jìn)而對(duì)比各個(gè)分目標(biāo)初始的函數(shù)值,從理論上驗(yàn)證優(yōu)化是否可行。根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)果,建立三維實(shí)體模型以及數(shù)值計(jì)算模型。通過(guò)仿真出的人工心臟泵內(nèi)的整個(gè)流場(chǎng)的速度矢量云圖、壓力云圖,是否與離心泵工作原理... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Abiocor結(jié)構(gòu)圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第二代人工心臟泵主要的代表產(chǎn)品是 Heartmate II[13,14]（如圖 1-3、1-4所示）。Heartmate II 是由美國(guó) Thoratec 公司開發(fā)的，其重量不足 400g，長(zhǎng)度約為 7cm，最大直徑約為 4cm，設(shè)計(jì)壽命超過(guò) 10 年�？梢赃B續(xù)輸出 10L/min的流量。Heartmate II 同時(shí)也是第一個(gè)市場(chǎng)化非常成熟的人工心臟泵。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）于 2008 年批準(zhǔn) Heartmate II 可以商業(yè)化，并應(yīng)用于心臟移植前的過(guò)度治療。于 2010 年批準(zhǔn) Heartmate II 可以商業(yè)化并應(yīng)用于長(zhǎng)期的植入性治療。目前為止，Heartmate II 已有兩萬(wàn)余人植入。第二代人工心臟泵也有其他的典型產(chǎn)品。如 Javik 2000[15]（如圖 1-5 所示）和 INCOR[16]（如圖 1-6 所示）等。Javik 2000 由美國(guó) Javik 公司研制，采用軸流式的結(jié)構(gòu)，泵體長(zhǎng)度為 55mm，最大流量為 7L/min,重量約為 90g。應(yīng)用的時(shí)候，直接將該血泵插入心尖。于 2000 年，被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，可在臨床使用。INCOR 由德國(guó)柏林心臟研究所（Berlin Heart Institute）研制，采用機(jī)械支撐軸承，功耗為 4W 左右，重為 200g 左右，截止到現(xiàn)在，已經(jīng)有 300 余人使用。

度的磁懸浮系統(tǒng)，為了維持磁懸浮，所以耗電較大，整體功耗大于 50W。此之后，各個(gè)科研單位以及公司研制了各自的采用磁懸浮技術(shù)的人工心臟。比如，在 2001 年，Temmo 公司研制出了采用磁懸浮結(jié)構(gòu)的人工心臟泵—DuraHeart[19]，采用磁懸浮技術(shù)使得人工心臟泵的葉輪在軸向方向可以懸。采用磁懸浮技術(shù)的人工心臟泵是通過(guò)磁力實(shí)現(xiàn)懸浮的, 根據(jù) Eamshaw 理，采用磁懸浮技術(shù)的人工心臟泵都需要一套主動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有體大、耗能高、發(fā)熱大等缺點(diǎn)，這些因素在某種程度上都限制了采用磁懸浮術(shù)的人工心臟泵的發(fā)展[20]。于是，人們開始了磁力液力混合懸浮和液力懸的人工心臟泵的研究。采用磁力液力混合懸浮的第三代人工心臟泵的代表產(chǎn)品是 HVAD。VAD[21]由美國(guó) Heartware 公司研制，是一種離心式血泵，葉輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，撐系統(tǒng)有別于第二代人工心臟泵，為液力、電磁混合磁懸浮軸承（如圖 1-7示），直徑為 50 毫米，重約 145g，可以通過(guò)控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的變范圍為 1800~2400 r/min，最高可以提供的流量為 10L/min，具有適用性高，作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)，HVAD 可以被應(yīng)于心臟移植前的過(guò)度治療，目前已經(jīng)有 7000 余人接受了治療。


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