Fontan手术,即肺动脉下心室旷置术,在临床上已被证实可以有效地提高单心室患者的心肺功能。然而,由于Fontan循环本身的局限性,Fontan手术后会产生一系列不良事件,最终导致Fontan衰竭并威胁患者生命。对此,目前正在开发基于连续流血液泵技术的腔肺辅助装置（CPAD）,即Fontan血泵,可将其植入全腔肺连接中心处作为肺下动力源,使Fontan衰竭患者的血液循环系统双心室化,并为Fontan衰竭患者提供足够的生理灌注,解决Fontan衰竭问题。但是,目前的CPAD是在恒定的血泵转速下运行,CPAD的控制系统无法在患者改变生理状态的情况下自适应地调整Fontan血泵参数以便为患者提供足够的生理灌注,尤其当腔静脉阻抗增加时无法自适应地避免腔静脉抽吸（即腔静脉塌陷）现象。更为重要的是,由于单心室患者右心室的缺失导致肺部血管持续地缺乏脉动性,这同样会对患者造成不良的生理性后果,因此CPAD的研发并没有解决肺部血管脉动性缺失的问题。因此,本论文提出了两种CPAD生理控制算法来解决上述问题。首先,本论文将单心室患者Fontan衰竭的集中参数模型与CPAD进行耦合,利用计算机仿真和体外模拟循环系统检验CPAD对于Fontan衰竭的改善。基于该模型设计了第一个增益调度比例积分控制器,使其能够不断自动调整Fontan血泵的控制输入（血泵电流）,使腔肺压力差（肺动脉压力和腔静脉压力之间的差值,CPPH）的实际值逐渐逼近设定的参考值（CPPHr）,在避免腔静脉抽吸现象的同时优化生理灌注。之后,第二个控制算法分别设置CPPH高参考值(CPPHHr)和低参考值(CPPHLr),通过两个参考值的反复切换使控制算法在满足生理灌注和预防腔静脉抽吸的同时提高肺部血管的脉动性。在患者休息、运动、运动到休息的快速过渡以及腔静脉阻抗倍增的生理状态下,通过模拟下列条件对设计的控制算法的性能和鲁棒性进行了血流动力学的量化分析:（1）有传感器控制,即CPPH可通过压力传感器直接测量肺动脉压力和腔静脉压力得到;（2）无传感器控制,即CPPH可通过Fontan血泵的固有参数-血泵转速,结合扩展型卡尔曼滤波器和格雷-赛维斯基滤波器估测;（3）与恒定Fontan血泵转速的方法进行比较。结果表明,本论文提出的两种控制算法无论有无传感器支持均可以在患者各种生理状态下提供足够的生理灌注,同时避免腔静脉抽吸现象的发生;另外,第二个控制算法可以产生约10 mm Hg的肺血管脉压（即脉动性）,脉动的频率为每分钟10-15次。两种控制算法的结果均优于恒定血泵转速方法的血流动力学结果。本研究可以为CPAD的设计和优化提供理论和实验依据,从而提高CPAD对功能性单心室疾病的治疗潜力。