心室辅助装置恒转速的控制方法,会降低血液动脉压的搏动性,并产生了一系列的并发症,造成抽吸和返流现象。而变转速辅助控制能够使心室辅助装置达到最佳辅助状态,适合长期辅助。但转速的快速变化容易使泵内局部位置的压力骤降,产生空化现象,造成溶血值的增加,阻碍了变转速控制系统的快速发展。本文以自主研发的离心血泵为研究对象,首先通过CFD进行数值模拟,分析离心血泵内部流动规律及空化特性。然后以IV级心衰为例,采用MATLAB软件建立“离心血泵-左心血液循环系统”的参数模型,得到离心血泵在IV级心衰条件下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线。最后,以不同转速下的初始条件分析离心血泵变转速辅助过程中空化的发展规律及影响。该研究为避免变转速心室辅助装置空化的产生提供了理论依据和技术支持,推动了心室辅助装置向临床应用的发展进程。主要研究内容及成果如下:一、离心血泵流动特性分析。通过改变离心血泵的流量和转速,从外部特性与内部流场两个方面对离心血泵进行分析。结果表明:流量对离心血泵内部的压力分布影响不大,但转速对其影响明显;随着转速的增加叶轮流道以及叶轮叶片表面的压力急剧降低;转速以及流量对泵内血液的流动情况都有很大的影响,离心血泵内流场的稳定程度和流量成正比,和转速呈反比。二、测量血液的饱和蒸气压值,得到血液在37℃时的汽化压力为45 mmHg。根据该值对离心血泵的空化特性进行研究。结果表明:随着进口压力的不断降低,空化程度逐渐增强,叶轮各流道内的空泡呈不对称分布;当其他条件不变时,离心血泵的空化程度与泵的转速呈正相关。而在同一工况下,离心血泵的空化程度随时间变化不大。三、建立“离心血泵-左心血液循环系统”集中参数模型。首先建立左心血液循环系统模型并验证其准确性;其次根据离心血泵的状态方程将血泵等效成集中参数模型,与左心血液循环系统模型并联耦合,建立离心血泵辅助的左心血液循环系统参数模型;最后根据变转速辅助的速度控制方程,得到离心血泵在IV级心衰状态下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线。四、变转速辅助下离心血泵的空化分析。根据变转速辅助达到最佳辅助状态的数值模拟结果,对离心血泵变转速辅助下的内流场以及空化特性进行分析。结果表明:离心血泵的转速以及流量对泵内部压力、流线以及剪切应力的分布都有较大的影响;在心动周期内,离心血泵在射血期发生了空化现象;空化不仅改变流场、影响泵的工作性能,还产生较大的剪切应力,增加了溶血的几率。