《可植入搏動式超聲致動血泵關鍵技術基礎研究》是依託上海交通大學，由楊明擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：可植入搏動式超聲致動血泵關鍵技術基礎研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：楊明
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為解決現有血泵動作技術不能完全從小型化和減輕對血液破壞兩個方面同時滿足人工心臟輔助要求的問題，本申請擬利用超聲電機結構緊湊多樣、體積小、重量輕、寧靜運轉、輸出力矩密度大、輸出轉速與心率數值接近、回響速度快等特點，探索性地研究超聲致動血泵，以獲得同時具有搏動血流、對血液破壞小和易植入特點的新型人工心臟血泵。為此，本申請擬通過基於可植入性、血液流量、壓力、溫度場及對血液破壞估計的超聲致動血泵結構最佳化設計研究，基於血液循環生理參數辨識的血泵控制方法研究，基於電氣安全性和植入要求的血泵超聲電機設計研究，基於材料生物相容性的超聲致動血泵設計研究，及體外和植入一周的動物模型實驗研究等，設計、製作出滿足有效性、電氣安全性和生物相容性的可植入搏動式超聲致動血泵。本課題不僅為新型植入搏動式人工心臟輔助研究與開發，同時也為組織工程生物反應器研製精確模擬自然心臟血液動力學特點的新型血泵，提供理論和技術基礎。
結題摘要
本課題按計畫取得預期成果，研製的直徑60mm高度40mm超聲致動血泵在後載荷96mmHg時，可產生2.4L/min的流量，第一次以可植入胸腔的尺寸實現搏動式血泵的流量和壓力指標，具有臨床套用的潛能。在體旁輔助動物模型實驗中，利用直徑86mm高度47mm的超聲致動血泵（後載荷100mmHg時，可產生5L/min的流量），將左心室血液經心房插管導入到血泵中，經血泵加壓後，輸送到主動脈中。術後穩定後游離血紅蛋白含量32mg/dl，動物模型實驗存活20小時。主要具體的研究進展有：（1）利用流場計算，發現血液腔出入口布置在血液腔圓周切向，且入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同時，血液流線能夠形成規則的漩渦流，可穩定沖刷血液腔，且血液剪下力遠小於溶血閾值。 （2）利用血泵與人體血液循環的聯合建模及其仿真研究，採用反圓筒形內凸輪的機械運動轉換機構，實現了可植入胸腔和腹腔超聲致動血泵的設計和製作; （3）在基於電氣安全性和植入要求的血泵超聲電機設計研究方面：在完成血泵電機的電氣安全設計基礎上，探索採用雙頻驅動技術進一步降低血泵電機的驅動電壓。發現雙頻驅動電壓11伏的轉速和單頻驅動電壓16伏的轉速相同；探索研究利用新型單晶壓電材料作為超聲電機的振子，實驗結果顯示基於單晶壓電材料的超聲電機較一般壓電材料的超聲電機功率密度增加一倍。（4）在基於血泵材料生物相容性設計方面，以聚四氫呋喃、異佛爾酮等，合成得到聚氨酯薄膜，並與醫用鈦合金、醫用不鏽鋼、醫用聚氨酯薄膜的血液相容性作了對比。實驗結果表明，所有實驗材料的溶血率均低於5%；對銀摻雜的殼聚糖複合薄膜作血泵材料表面改性層進行了實驗研究，發現：在納米銀銀濃度小於等於0.05%且薄膜厚度小於等於20um條件下，納米銀殼聚糖溶血率低於5%；（5）在基於血液循環生理參數辨識的血泵控制方法研究方面，利用參數估計器，在模型辨識的基礎上設計了可以跟蹤時變參數的生理控制器，利用數字仿真和模擬循環系統中獲得驗證；利用閉環磁通門技術實現血泵收縮和舒張開始位置等的檢測，並在模擬循環系統上上實現血泵的反博控制。
