心力衰竭是由于心脏疾病导致的心脏泵血功能衰退的临床综合症状,它是影响人类生活质量甚至死亡的主要原因之一。目前,临床上已应用左心室辅助装置进行重症左心室心衰的辅助治疗。由于血液循环系统具有高度动态特征,当患者应用左心室辅助装置治疗后,二者之间的交互作用将会使得人体血液动力学更加复杂。研究左心室辅助装置对人体血液动力学的影响,是研制左心室辅助装置及进一步制定生理控制策略的基础。本文借助数值方法和实验手段针对基于左心辅助的血液循环系统进行了建模仿真以及体外循环模拟实验研究。本文主要研究内容如下:首先,构建了改进型血液循环系统模型。在分析了血液循环系统的生理结构和功能的基础上,对血液循环系统各关键组成部分进行建模,并采用时变电阻和电感组合模型模拟二尖瓣,建立了改进型的六阶集总参数血液循环系统模型。针对健康、心肌扩张病症等生理状况进行了数值模拟。数值结果表明,健康状态和心肌扩张状态的血液动力特性参数符合临床生理特点。该改进模型可以实现多种生理状态的模拟,可用于构建基于左心辅助的血液循环系统模型。其次,从旋转式左心室辅助装置的水力特性出发,根据旋转泵的相似性原理,并考虑水力损失,构建了新型左心室辅助装置的数学模型。将新模型和血液循环模型耦合,构建了基于左心辅助的血液循环系统模型。然后,针对该模型仿真研究左心辅助后系统的血液动力学特性和过度辅助导致的抽吸现象。数值结果表明,左心室辅助装置明显改善心肌扩张状态患者的血液动力学特性,当辅助装置转速为9000rpm时,主动脉流量达到5.90L/min,主动脉压范围提高到77mmHg至100mmHg之间。同时辅助装置对左心室能起到卸载作用,转速为9000rpm时左心室收缩压减小为78mmHg。当转速达到12800rpm时,检测到明显的抽吸现象。采用速度反馈控制后,可有效控制左心室辅助装置的转速维持在抽吸点以下,保持足量灌注并抑制抽吸。最后,设计并建立基于左心辅助的血液循环系统体外实验平台,针对左心辅助装置对血液循环系统动力学的影响开展实验研究。实验结果表明,该实验系统可模拟健康状态和心肌扩张病症患者的血液动力学行为;采用左心辅助后心肌扩张状态患者的血液动力特性明显改善。随着转速上升,左心室辅助程度增加,同时对衰弱左心室的卸载功能增强。当转速从5000rpm增加到8000rpm时,主动脉平均压从106mmHg上升到109.5mmHg,主动脉流量达到3.7L/min,左心室收缩压从101mmHg降至87mmHg;当转速为8200rpm时,左心室舒张压大幅下降,出现瞬时负值,产生抽吸现象。结果证明了实验系统的可行性,所揭示左心室辅助装置对血液动力学的影响规律和数值结果基本一致。这些成果为研制左心室辅助装置和生理控制策略制定提供技术支持。