人工血泵介绍
磁悬浮轴流式人工心脏血泵
磁悬浮轴流式人工心脏泵一、简介磁悬浮人工心脏泵是利用无机械接触的磁悬浮轴承的机械装置，一种部分或全部替代心脏泵血功能，帮助衰竭心脏完成血液循环功能，同时降低病人的心肌耗氧量，改善心肌收缩力，促进病人自身心脏机能的恢复。
二、发展历程从1953年5月，全球第一台体外心肺机为一名心脏手术患者实现26分钟的完全呼吸-循环支持开始，到如今体积小，结构简单可植入式人工心脏泵的研发，已经经历了60余年。
人工心脏泵的研发经历了三代，第一代是气动搏动泵，只能在医院使用几个月，泵的设计复杂，而且血栓发生率很高。
第二代是半植入式搏动泵和非搏动泵，病人可在院外使用，通常可用1到3年，但在泵的轴密封处、管道的连接处仍是血栓的高发部位。
第三代是磁悬浮人工心脏泵，大大降低了血栓溶血的发生几率。
在2006年第十三届国际旋转血泵会议上，用无机械接触的磁悬浮轴承代替血液浸润型机械轴承的心室辅助泵被公认为第三代心室辅助泵，该类血泵可用于永久辅助或为不能进行心脏移植的病人提供终极医疗，成为最有前途的人工心脏泵[1]。
三、临床应用磁悬浮心脏泵，由于体积小，结构简单，避免了血栓溶血问题，取得了很好的临床效果。
在国外，如德国INCOR公司的BerlinHeart、美国HeartMateⅢ、HeartQuest等[1]。
国内方面，近年人工心脏的研究也取得了突破。
北京工业大学心血管医学工程项目组常宇教授等人对人工心脏泵进行了一系列的研究，通过对磁流血泵柔性转子建模仿真，能够满足患者的生理活动的需求[2]。
设计了用于人工心脏泵爪极永磁步进电动机的结构与方法，可调节和控制血液输出的流量及压力，使其正常运转，稳定悬浮，避免温升过大[3]。
设计了血泵调速控制系统，能够检测血泵在不同生理状况下的供血需求，满足预期血泵调速设计要求[4]。
同时也进行了一系列血流动力学的建模与仿真，成功研制出并研发了BJUT-II系列的人工心脏辅助装置。
2013年4月20日在人工心脏泵研讨会上，中国科学院汪忠镐院士正式将其命名为人工心脏泵。
人工心脏泵的原理
人工心脏泵的原理一、引言人工心脏泵是一种用于代替自然心脏进行体外循环的装置，广泛应用于心脏手术中。
本文将介绍人工心脏泵的原理，包括其构造、工作机制以及应用场景。
二、人工心脏泵的构造人工心脏泵主要由电动机、泵体、控制系统以及能源系统等组成。
2.1 电动机人工心脏泵通常采用小型直流电动机作为动力源，其具有高效率、小体积和低噪音等特点。
电动机通过转动泵体中的叶轮来产生血液流动。
2.2 泵体泵体是人工心脏泵的核心部件，通常由生物兼容性高的材料如聚乙烯或聚氨酯制成。
泵体内部包含一个或多个叶轮，通过叶轮的旋转来产生血液的流动。
2.3 控制系统控制系统由微处理器和传感器组成，用于监测和控制人工心脏泵的工作状态。
传感器可以实时监测血液流量、压力和温度等参数，并将其传输给微处理器进行处理和反馈。
2.4 能源系统人工心脏泵通常需要外部能源供给，如电池或外部电源。
能源系统可确保人工心脏泵的连续稳定运行，以满足手术需要。
三、人工心脏泵的工作机制人工心脏泵通过模拟自然心脏的收缩和舒张运动，使血液在体外循环中保持流动。
其工作机制如下：3.1 吸入阶段人工心脏泵的叶轮开始旋转，泵体内部的腔室扩大，造成一定的负压。
此时，心脏泵会将附近的血液吸入腔室内部。
3.2 推出阶段叶轮继续旋转，泵体腔室收缩，血液被推向体外。
这一过程模拟了自然心脏的收缩运动，将血液推送到体外循环系统。
3.3 周期重复上述吸入阶段和推出阶段交替进行，模拟了自然心脏的舒张和收缩运动，使血液持续流动。
通过控制系统可以调节人工心脏泵的心率和泵送量，以适应不同的患者需求。
四、人工心脏泵的应用场景人工心脏泵广泛应用于心脏手术中，特别适用于以下情况：4.1 心脏衰竭人工心脏泵可暂时替代自然心脏的功能，为心脏衰竭患者提供血液循环支持，降低术中心脏负荷，促进术后恢复。
4.2 心脏移植在心脏移植手术中，为了保证供体心脏的有效保存和复苏，常常需要使用人工心脏泵进行体外灌注，并在移植过程中提供血液循环支持。
人工心脏的工作原理
人工心脏的工作原理人工心脏是一种可以替代病患心脏功能的医疗设备。
它通过精确的机械设计和高效的工作原理，使血液可以持续地循环，以维持患者的生命。
本文将详细介绍人工心脏的工作原理，并探讨其在临床上的应用。
1. 人工心脏的基本结构人工心脏一般由泵机和控制系统两部分组成。
泵机是核心部件，负责产生持续稳定的血液流动。
而控制系统则通过传感器监测患者的生理状态，并实时调节泵机的工作参数。
这种结构保证了人工心脏的可靠性和适配性。
2. 动力系统为了产生足够的血液流动力，人工心脏通常采用电动机作为动力源。
电动机通过旋转的方式带动泵机产生压力，推动血液流动。
为了确保电能供应的连续性，人工心脏通常配备了可充电电池或外部电源。
而且，现代人工心脏大多采用无线充电技术，方便患者的日常使用。
3. 血流路径人工心脏的血流路径是仿照真实心脏的特点设计的。
它通常分为四个主要部分：心脏房室连通道、肺动脉房室连通道、主动脉与人工心脏连接的接头和导管。
这些部分通过精确的连接和密封，使得血液能够近似于自然心脏一样流动。
4. 控制系统人工心脏的控制系统是保证其稳定工作的关键。
控制系统通过传感器实时监测患者的生理参数，例如血压、脉搏等，并将这些信号传输给泵机以实现参数调节。
通过精密的算法和控制策略，控制系统可以确保人工心脏的工作状态与患者的生理需求相匹配。
5. 安全性和可靠性人工心脏的安全性和可靠性是医疗设备设计的重要考虑因素。
为了最大程度地保证患者的生命安全，人工心脏通常配备有多种安全保护机制。
例如，当探测到泵机异常运行或血压异常波动时，控制系统会立即停止泵机工作，以防止进一步的损伤。
此外，人工心脏还配备有报警系统，可以在出现故障或问题时及时通知医护人员。
6. 临床应用人工心脏在临床上具有广泛的应用前景。
它可以被用作临时支持，帮助患者度过心脏病发作期间，或者作为桥梁等待心脏移植。
此外，人工心脏还可以应用于长期治疗，对于心脏病无法接受传统手术治疗的患者，人工心脏可以提供持续的循环支持，以维持其生命。
血泵工作的原理
血泵工作的原理
血泵工作的原理是通过一系列的机械和电子元器件来模拟心脏的功能，推动血液在体内循环。
具体而言，血泵的工作原理包括以下几个方面：
1. 泵体：血泵通常由一个泵体组成，该泵体内部有一个或多个腔室。
泵体可以通过一系列的电子控制和机械装置进行收缩和扩张。
当腔室收缩时，它会推动血液流出。
2. 电机：血泵通常由一个电机驱动。
电机产生机械力，通过与泵体的连杆机构相互作用，将动力传递给泵体来推动血液。
3. 控制系统：血泵配备了一个控制系统，用于监测和调节泵体的运行。
该系统可以通过传感器来感知血压、血流速度和其他参数，并根据需要调整泵体的收缩和扩张。
4. 电源：血泵通常通过一个外部电源供电。
电源提供所需的电能以驱动电机和控制系统的运行。
5. 连接管道：血泵需要通过连接管道与患者的血管相连，以便将泵体输出的血液输送到患者的体内。
连接管道通常由柔软的材料制成，以确保血液的顺畅流动。
综上所述，血泵通过泵体、电机、控制系统、电源和连接管道等组成部分相互配合，模拟心脏的收缩和扩张运动，从而推动血液在体内循环。
这种技术在心脏衰竭等疾病治疗中发挥着重要的作用。
人工心脏工作原理
人工心脏工作原理
人工心脏是一种机械心脏支持系统，它主要通过一系列机械装置模拟真实的心脏功能来实现替代或支持心脏疾病患者的心脏功能。
简单来说，人工心脏工作原理就是通过外部压力推动机械装置的运转，使血液不断地从心脏进入到主动脉，从而保证人体的正常血液循环。
具体来说，人工心脏通常包括以下几个部分：
1.血泵：主要有轮式泵和柔性泵两种，前者是通过旋转散热器来推动血液流动的，而后者则采用柔性材料的薄膜来推动血流。
2.能量供应系统：主要有电池、输液泵、电源系统等等，通过这些能量供应系统来为血泵提供充电和供电。
3.控制单元：主要是控制人工心脏的运转和调节血流量等参数，同时可以根据患者的具体情况来进行相应的调整。
总的来说，人工心脏可以在一定程度上替代真实的心脏功能，对于严重心衰、心肌梗死等疾病的患者来说，可以提供急救和稳定病情的效果。
但是，由于其复杂的机械装置需要高度精密的技术和维护，因此其使用也存在一定的风险和限制。
全磁悬浮人工心脏原理
全磁悬浮人工心脏原理全磁悬浮人工心脏是一种新型的心脏辅助装置，它采用了磁悬浮技术，能够有效地辅助心脏的泵血功能，为心脏病患者提供了一种新的治疗选择。
全磁悬浮人工心脏的原理是基于磁力学和流体力学的原理，通过磁力悬浮技术实现了对人工心脏的悬浮支撑和稳定运转，从而实现了对心脏的有效辅助。
全磁悬浮人工心脏主要由血泵、控制系统和能量供应系统组成。
血泵是全磁悬浮人工心脏的核心部件，它采用了磁悬浮技术，通过磁场将血泵悬浮在体内，避免了传统人工心脏需要机械支撑的缺陷，从而减少了对人体的损伤。
控制系统能够实时监测心脏的运转状态，并根据患者的实际情况进行调节，保证人工心脏的稳定运转。
能量供应系统则为人工心脏提供了所需的能量，通常采用外部电源或者内置电池供电。
全磁悬浮人工心脏的工作原理是基于磁悬浮技术和流体力学原理的结合。
血泵内部采用了磁悬浮技术，通过磁场将血泵悬浮在体内，避免了传统人工心脏需要机械支撑的缺陷，从而减少了对人体的损伤。
同时，血泵内部的叶轮采用了流体动力学设计，能够有效地泵送血液，实现对心脏的有效辅助。
全磁悬浮人工心脏相比传统人工心脏具有许多优势。
首先，全磁悬浮人工心脏采用了磁悬浮技术，避免了传统人工心脏需要机械支撑的缺陷，减少了对人体的损伤。
其次，全磁悬浮人工心脏的血泵内部采用了流体动力学设计，能够更加有效地泵送血液，提高了心脏的泵血效率。
最后，全磁悬浮人工心脏的控制系统能够实时监测心脏的运转状态，并根据患者的实际情况进行调节，保证人工心脏的稳定运转。
总的来说，全磁悬浮人工心脏是一种新型的心脏辅助装置，它采用了磁悬浮技术和流体力学原理，能够有效地辅助心脏的泵血功能，为心脏病患者提供了一种新的治疗选择。
全磁悬浮人工心脏的原理是基于磁力学和流体力学的原理，通过磁力悬浮技术实现了对人工心脏的悬浮支撑和稳定运转，从而实现了对心脏的有效辅助。
体外循环的基本概念
体外循环的基本概念体外循环是指用一种特殊装置暂时代替人的心脏和肺脏工作，进行血液循环及气体交换的技术。
这一装置分称为人工心和人工肺，亦统称人工心肺、人工心肺装置或体外循环装置。
体外循环时，静脉血经上、下腔静脉引入人工肺进行氧合并排出二氧化碳，氧合后的血液又经人工心保持一定压力泵入体内动脉系统，从而既保证了手术时安静，清晰的手术野，又保证了心脏以外其他重要脏器的供血，是心脏大血管外科发展的重要保证措施，1953年Gibbon首例应用于临床。
体外循环基本装置：包括血泵、氧合器、变温器、贮血室和滤过器五部分（图6-20）。
图5-20 体外循环装置示意图血泵，即人工心，是代替心脏排出血液，供应全身血循环的装置。
根据排血方式分为无搏动泵和搏动泵两种。
目前仍以无搏动泵应用较广泛，射出血液为平流，以滚压式泵为主，靠调节泵头转动挤压泵管排出血液。
搏动泵排出血液为搏动性可分为与心脏同步和非同步两种。
氧合器：即人工肺。
代替肺脏使静脉血氧合并排出二氧化碳。
目前使用的有三种类型：①血膜式，血液散布在平面上形成血液薄膜，与氧气接触并进行气体交换，转碟式为其代表，可重复使用，但费时费力，目前国内已极少应用；②鼓泡式，血液被氧气（或氧与二氧合碳混合气）吹散过程中进行气体交换，血液中形成的气泡用硅类除泡剂消除，根据形态有筒式和袋式，是目前应用最广的，第四军医大学西京医院研制并生产的西京-87型氧合器，其主要部件性能达国际水平，为国内各医院欢迎；③膜式，用高分子渗透膜制成，血液和气体通过半透膜进行气体交换，血、气互相不直接接触，血液有形成分破坏少，其外形有平膜式和中空纤维式。
变温器：是调节体外循环中血液温度的装置，可作单独部件存在，但多与氧合器组成一体。
变温器的水温与血温差应小于10～15℃，水温最高不得超过42℃。
贮血室：是一容器，内含滤过网和去泡装置，用作贮存预充液，心内回血等。
滤过器：滤过体外循环过程中可能产生的气泡、血小板凝块、纤维素，脂肪粒，硅油栓以及病人体内脱落的微小组织块等，不同部位应用滤过器的网眼各异。
人造器官的制备和应用
人造器官的制备和应用人造器官（Artificial Organs）是利用现代生物医学、材料科学等学科的成果，从人体的器官原理和结构出发，设计和制备类似天然器官的医用器械，以替代或增补功能障碍的人体原有器官。
经过多年的科技发展和实践，人造器官已经成为医疗卫生领域一个不可忽视的重要领域，能够为人类的医学进步和人类健康事业做出重要贡献。
一、人造器官的制备技术作为一种医学技术的产物，人造器官的制备技术非常先进和复杂。
根据不同的器官类型和不同的体内环境，《人造器官的制备技术》可以分为以下几个方面：1、材料选择建造人造器官所选择的材料具有生物相容性、功能化、稳定性、生物可降解性、免疫适应性等特性，以保证这些材料无害、持久、可逆、处于一个稳定的状态下，且不会引起体内免疫反应。
目前常用的材料有生物陶瓷、生物金属、生物聚合物、纳米复合材料等。
2、形态设计根据所需人工器官的功能和不同组织器官的特点，设计出相应的人造器官形态，以适应相应地体内环境和与其他器官的交互作用。
同时，为避免器官在移植后由于接口紧密不精，造成排斥或其它情况，特殊需求的人造器官通常要具有抗皱缩和增强连接组织的能力。
3、生物成分完善自然器官的组织结构将其分为不同的层次基本单位，通过一层一层的组合迭加成一个完整的器官。
人工器官也应该复制这种生物环境，加入必要的生物成分，以模拟天然器官的基本颗粒结构。
通俗的说，就是将除了设备自身以外的细胞和组织加上去，然后再再用这些细胞来填充设备内部。
二、人造器官的应用随着人工器官的制备技术越来越成熟，人造器官的应用范围也得到了不断扩大。
它已经成为医学卫生领域的一个重要领域，可以提供有效的医学手段，帮助患者恢复或维持自己正常的生命活动。
典型的应用如下：1、人造耳蜗人造耳蜗是非常典型的人造器官，它已经帮助许多聋人重现耳语世界。
人造耳蜗就是根据人类耳朵的结构和作用原理设计的，它不仅仅能帮助聋人听到声音，还可以模拟自然灵敏的听觉系统、听觉检测和声音分离，最终实现对各种声音的理解和辨别。
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人体中的位置
气动隔膜泵-罗叶泵
螺旋混流血泵
无源磁浮人工心脏
动力性主动脉瓣装置
2001 美国Abiomed公司研发 的AbioCor人工心脏
2009 日本东京工业大学
离心式血泵
中国医学科学院研制的心尖轴流泵
李国荣等人研制血泵的叶轮模型
中南大学研制的轴流血泵模型
2009年清华大学流线型血泵实物模型
人工血泵的研究现状及进展
主要内容
1. 2. 3.
人工血泵的研究背景
国内外研究现状
本课题组所做的工作 对未来的展望
4.
人体的血液循环
人体作为一个整体，各个系统、器官 和组织生理机能的维持需要血液充分而 不间断的供应。动脉负责将血液运输到 器官和组织；在毛细血管内，血液中的 营养物质和氧气供应给组织，组织中的 代谢产物也可通过毛细血管运走；然后 这些血液通过静脉系统运输回到心脏， 心脏再将回流的血液泵向动脉系统，完 成一次血液循环。
锥形电磁磁悬浮血泵
永磁磁悬浮血泵
山东大学2009年发表的血泵研究论文
展望
对于血泵内部流场的优化
对于外磁驱动控制策略的优化 改进加工工艺，提高物理样机的性能
对于血泵材料的研究，提高生物相容性
溶血（hemolysis）: 红细胞破裂，血红蛋白逸
出称红细胞溶解，简称溶血。
2. 国内外研究现状
人工心脏（血泵）从其发展历史来看，共分为三个阶 段：
阶段3
阶段2
阶段1
第一代是模仿自 然心脏功能，能 够产生搏动血流 的瓣膜泵。
第二代能够产生 非搏动连续血流 ，采用各种形式 滚动或滑动轴承 的离心式或轴流 式旋转泵，也叫 作连续性血泵。
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自然心脏的腔室
心脏的工作原理示意图
心脏的收缩分为两个阶段： 第一阶段，左右心房同时收缩，将血液压送到左右心室。 第二阶段，左右心室一起收缩，将血液射出心脏。 然后，心肌将会松弛，以迎接下一次心跳。这样，血液又充满心脏。
简化的循环系统：血液从右心室输送到肺部，动脉血由肺流出来先 回到左心房，再由左心室射向全身。静脉血从全身各处流回到右心 房，下一次循环开始。
）是解决问题的
目前的血泵存在的主要问题有两个：
溶血和血栓现象 穿越皮肤的动力与控制 导线所引起的受体感染。ຫໍສະໝຸດ 溶血血栓导线穿越皮肤
血栓是流动的血液在血管(动脉或静脉)腔内或
心腔内发生凝固，形成血凝块，堵塞血管腔， 导致血管内血流明显减少，甚至完全中断的一 种现象。血栓发生在动脉，导致供血的器官或 组织严重缺血或血流中断，如脑供血不足、不 稳定性心绞痛，甚至坏死，如急性心肌梗死、 脑卒中。血栓发生在静脉，如下肢深静脉血栓 形成，可引起下肢血液回流障碍，引起水肿和 静脉功能不全等。
最新一代的人工 血泵是采用电磁 悬浮或永磁悬浮 轴承技术的旋转 泵。
现以国内外具有代表性的血泵进行分析比较。
1982年首例植入人体的 Jarvik-7型全人工心脏
Berlin Heart--INCOR
CT MAP
德国Incor以及在人体中安装的CT图
Jarvik2000心室辅助装置
DeBakey血泵结构图
1. 人工血泵的研究背景
心血管疾病已成为导致人类死亡的主要原因
心脏移植是治疗重危心脏病患者最有效的手段，但受 体远远大于供体，导致患者在等待心脏移植中死亡。
人工心脏和机械性人工心脏辅助装置的研究越来越引起关注
左心室辅助装置（ LVAD 主要手段之一
Left Ventricular Assist Device
心脏由心室和心房组成，将心分为上下两 部分；又由左心和右心，将心分为左右两部 分；右心室接受全身静脉回流的静脉血液 （低含氧血），由右心室注入肺循环；获得 充足的氧分后，由肺流回左心房，又由左心 室经主动脉输出，送往全身的器官和组织。 另外，心脏表面有不少的冠状动脉，这使心 脏本身也得到氧分的供给。还有，心脏由复 杂的传导系统构成，这些部分由于电活动而 产生节律性的运动，使心脏以固定的频率收 缩和舒张，引起循环血液的往复运动，即心 脏的泵血。