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随着生物医学技术的迅猛发展,“人工心脏”和“机械性心脏辅助”的研究已成为心脏外科和生物医学工程领域极为关注的焦点。其中轴流式血泵以其血液破坏少、能量转换效率高等诸多优点成为目前血泵结构研究的热点之一,如何尽快实现其可植入化、微型化是研究人员重点攻克的疑难问题。
本文中的微型轴流式血泵采用“外磁场驱动”这一新型的能量提供方式。通过体外的外磁驱动装置提供体内血泵“叶轮-永磁体”转子旋转所需的能量,使其能够输出设计要求的流量和功率,实现辅助自然心脏泵血的基本功能。
根据血泵的实际工作原理,结合永磁体材料的自身特性,建立径向磁化永磁体的数学模型,并在此基础上对血泵内外永磁体的磁力耦合传动情况进行研究与分析,研究各种因素对两者间的耦合磁场力和传动转矩的影响规律。运用ANSYS软件进行有限元仿真分析,得出不同条件下体内永磁体所受磁场力和传动转矩的变化规律,并根据仿真分析结果,结合其自身受力情况分析,初步确定了血泵外磁驱动装置的有效驱动范围。
为了分析不同条件下血泵的实际工作状态,设计建立了血泵综合性能测试实验平台,实现了改变血泵的外磁驱动永磁体和体内永磁体的空间相对位移与两者轴线相对转角,并通过分析比较,确定了血泵主要输出参数的测量方法。
通过进行相关实验,验证了血泵的外磁驱动原理,对血泵的实际输出转速进行了动态分析,研究了不同因素对血泵输出转速的影响;根据所得的实验数据,确定了血泵外磁驱动装置的实际有效驱动范围,并与理论预期的有效驱动范围进行比较,分析了产生偏差的主要原因。实验充分验证了“外磁场驱动”微型轴流式血泵的可行性,并对其实际工作状态有了深入了解,为其下一步的研制与应用提供了重要的分析依据。