【摘 要】
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左心室辅助装置（Left Ventricular Assist Device,LVAD;又称血泵）是一种辅助治疗心力衰竭（Heart Failure,HF;简称心衰）的医疗器械。在左心室辅助装置的临床应用中,流量是表征血泵工作状态的重要参数,也是医生调节转速的重要依据。使用流量传感器会增加装置的功耗和体积,也会增加手术的感染风险,流量传感器在体内环境中长期工作也存在可靠性问题。本课题的研究目的是建
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左心室辅助装置（Left Ventricular Assist Device,LVAD;又称血泵）是一种辅助治疗心力衰竭（Heart Failure,HF;简称心衰）的医疗器械。在左心室辅助装置的临床应用中,流量是表征血泵工作状态的重要参数,也是医生调节转速的重要依据。使用流量传感器会增加装置的功耗和体积,也会增加手术的感染风险,流量传感器在体内环境中长期工作也存在可靠性问题。本课题的研究目的是建立一套适用于苏州同心医疗器械有限公司研制的CH-VAD型左心室辅助装置的流量估算方法,旨在在不加装其他传感器的条件下,通过血泵中可获得的电源电压、母线电流、转速、占空比以及流体的粘度或血液的红细胞压积值（Hematocrit,HCT）估算血泵的流量。论文将血泵系统拆分为电机和离心泵两个模块分别展开研究,主要的工作内容如下:1、针对CH-VAD电机在工作时出现的连续、断续和半断续三种相电流情形,根据电机的工作原理、驱动方法和调速策略进行分析,明确了三种相电流情形的形成原因,并提出了基于电机电源电压、占空比和转速的相电流情形判断方法。2、针对CH-VAD电机母线电流和线电流的换算问题,分别基于电流波形和能量守恒提出了两种不同的电流换算方法,两种方法各有优缺点,在实际应用中采用了两者相结合的方案,使得在全部工况下电流换算的误差在3%以内。3、针对CH-VAD电机平均输出力矩的计算问题。首先基于电机的无感换相策略分别在三种相电流情形下分析了电机换相角偏移的现象,提出了电机换相角的计算公式。进而基于电机的换相角得到了电机平均输出力矩的计算公式。最后利用测功机搭建了电机测试平台,通过实验验证电机平均输出力矩的计算精度,实验表明在2mNm-15mNm的力矩范围内平均力矩的计算精度能够达到5%的精度。4、针对离心泵中叶轮的转速和力矩与流量之间的关系问题,搭建了水力学测试平台进行实验,并根据实验数据提出了拟合转速、力矩和流量的公式,拟合优度高于0.997。进一步地,将流体粘度引入拟合模型,根据在不同粘度下测试所得的数据,提出了引入粘度项的流量估算模型,拟合优度高于0.995。5、通过实验验证流量估算模型的效果,实验表明在转速1600rpm至3600rpm、粘度1.2mPa·s至5mPa·s、流量0.4L/min至8L/min的范围内,估算流量的均方根误差低于0.3L/min,最大误差约为0.75L/min,满足实际应用的需求。在脉动工况下,平均流量的估算精度接近定常流下的估算精度,估算的瞬时流量波形在心率为60时能够准确跟随实际流量,随着心率的增加,估算流量波形存在相位滞后。
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