对于重症心衰患者,心脏泵已经成为有效治疗手段和等待心脏移植手术的过渡治疗方法。临床上,心脏泵常作为左心室辅助装置(LVAD)并工作于定转速模式下。定转速控制系统具有较高的可靠性,但无法实时反馈患者的血液动力学参数,不能根据患者的生理状态调节泵转速以达到灌注要求。为解决上述问题,本研究应用模拟自然心脏泵血规律的Frank-Starling机制,并采用无创检测方法,设计了一种无创生理控制系统,并对其展开数值研究,主要内容如下:首先,本文设计了一种基于Starling-Like的无创生理控制系统(NAC-FSL)。该系统包括三个模块:无创检测模块、参考平均泵流量获取模块、PI算法模块。无创检测模块中应用泵转速,并与心血管耦合系统相结合,估计泵流量和预负荷。同时针对测量流量和估算流量,以及预负荷和转速的函数关系进行拟合,验证其算法的可行性。结果表明,在定转速控制下,静息与运动状态时测量平均泵流量与估计平均泵流量的拟合相关系数R~2分别为0.9891和0.9953。不同生理状态和不同心衰程度下预负荷和转速之间拟合函数的相关系数分别高于0.9310与0.9632。参考平均泵流量获取模块是采用基于预负荷的Starling-Like机制的控制基线来获取参考值。PI算法模块通过调节泵转速来实时追踪参考泵流量,以满足患者的生理需求。其次,以心血管耦合模型为基础,研究了NAC-FSL生理控制系统对心血管系统血液动力学参数的影响,并与有创生理控制系统(SLC)以及定转速控制系统(CSC)进行了比较。结果表明,NAC-FSL和SLC控制下系统主动脉压、主动脉流量以及对心室的卸载能力均达到健康生理水平,且优于定转速模式。在睡眠、静息与运动状态下,与SLC系统相比,NAC-FSL系统估算得到的平均泵流量和预负荷的误差较小,其泵流量的误差分别为2.55%、2.95%与1.96%,而预负荷的平均误差分别为4.46%、3.31%与4.27%,证实了NAC-FSL系统无创检测算法的可行性。最后,针对不同心衰程度和左心辅助装置类型,研究预负荷变化时的泵转速反应灵敏度(K)对NAC-FSL生理控制系统鲁棒性的影响。结果表明,当K值低于下界限,系统将处于失调状态;高于上限,则系统心输出量下降,且泵流量和转速均会出现剧烈震荡。通过分析系统的血液动力参数,本文确立了不同心衰程度和不同左心辅助装置类型辅助时的最优K值范围,以维持系统的鲁棒性。