体外心肺旁路的一次性血泵的设计和试验

　　在医用临床设备中,能安全辅助人体循环的体外心肺旁路系统的应用已将近30年。结构简单,快速易行,在要求的时间内功能可靠,是对这一系统的基本要求。在体外心肺旁路系统中,血泵代替了心脏的泵血功能,保证心肺旁路能为人体提供足够的血量和血压,同时尽量避免细胞在泵血工作过程中受到损坏。另外,还要求血泵结构简单,功能可靠,尺寸小,易于在系统中组装。我国在辅助人工心脏(VAD)和全人工心脏(TAH)方面的研究工作始于70年代末,由于各方面的限制至今所积累的经验不充分。作者接受全军“九五”指令性研究计划(96L046)项目组的委托,开展新型人工血泵的研制开发工作,提出了线性电机驱动的波纹管式人工血泵方案,进行了工程设计和样机的初步实验研究,取得了阶段性的成果。

　　1　方案设计

　　1.1　基本参数及要求

　　人工血泵的设计要求及参数包括:

　　(1)血泵的压力或扬程一般为60～70mmHg,工作负载小。

　　(2)在满足7L/min供血量的条件下,血泵运动部件的位移小。

　　(3)血泵的启动过程要求简易、快速。

　　(4)血泵的工作过程温度稳定,驱动系统运行及控制可靠。

　　1.2　基本原理

　　线性电机驱动波纹管式人工血泵是一种利用电磁振动原理驱动,以提高工质压力的往复机械。当电流通过线圈时,由于磁场的作用会在线圈上产生推动力,如果电流是交流的,则线圈上所产生的力也是交变的。电磁振动式人工血泵利用了这一原理,当交变的电流通过线圈时,使得动线圈产生往复振动,带动血泵工作容积周期性地变化,完成对工质的输送工作。电磁振动式机械按驱动方式主要分为:电动式(或称动圈式)和电磁式(或称动铁式)。

　　选用波纹管作为血泵的工作腔主要基于以下考虑:

　　(1)运用波纹管的弹性变形和刚度来满足血泵工作容积性能的要求。往复泵依靠工作容积的周期变化实现泵出工质的功能,波纹管的弹性变形使其容积变化也可达到同一目的。当波纹管轴向承受载荷时,产生轴向位移,它的容积会发生改变。波纹管具有一定的刚度,能保证它在轴向变形时,从整体上不会产生弯曲或偏离轴线的挠度。通过选择合适直径的波纹管可以使所选波纹管在满足每分钟供血量的同时使波纹管轴向仅有很小的位移。此时波纹管的弹性特性是线性的,即波纹管所承受的载荷与产生的位移是线性关系。

　　(2)运用波纹管的连接、密封、补偿和介质隔离等功能来满足血泵的其它要求。波纹管作为工作腔,可直接将血泵的进口和出口连接起来,使血泵不存在工作容积内部由于部件之间的相对运动所带来的磨损、泄漏等不利于血泵安全运行的因素。血液在波纹管内单向流动,也可保证血液与外界的密封和隔离。