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Centrifugal Maglev Artificial Heart Pump

心血管

关键词心血管 治疗方法 人工心脏泵系统

词汇介绍

拓展阅读

解析

Centrifugal /senˈtrɪfjəɡl/

释    义   adj. [力] 离心的;远中的

同根词   centrifuge n 离心机;[机][化工] 离心分离机

Centrifugation n 离心分离

Centrifuge vt 用离心机分离;使…受离心作用

例    句   If the star spun just 20% faster, the centrifugal force would fling it apart.  如果该恒星的旋转加快仅仅20%,那么离心力就会其撕裂。

 

Maglev /'mæglɛv/

释    义   n. 磁悬浮,磁力悬浮火车

例    句   The concept of rapid maglev travel, as this trick is known, is not new. 高速磁悬浮旅行的概念,就像这个绝技为人所知的那样,不是新的。

 

Artificial /ˌɑːrtɪˈfɪʃl/

释    义   adj. 人造的;仿造的;虚伪的;非原产地的;武断的

同根词   artificially adv 人工地;人为地;不自然地

Artificiality n 人工;不自然;不自然之物;人造物

例    句   After all, one advantage of having artificial limbs is that you can upgrade them. 总之,拥有人造假肢的一个好处就是你可以对它们进行更新。

 

Heart 英 /hɑːt/ 美 /hɑːrt/

释    义   n. 心脏;感情;勇气;心形;要点

vt. 鼓励;铭记

vi. 结心

n. (Heart)人名;(英)哈特

例    句   The pump analogizes with the human heart. 水泵被用来比拟人的心脏。

 

Pump 英 /pʌmp/ 美 /pʌmp/ 

释    义   n. 泵;泵送;无带浅帮女鞋;平底轻便鞋

v. 抽吸;喷出;注入;射向目标;打气;(非正式)盘问;剧烈上下晃动;让……使用大量药物;洗胃;增加数值

n. (Pump) (美、俄、印、泰、加)蓬普(人名)

例    句   The heart can be likened to a pump. 心脏好比一个水泵。

概述

概述


人工心脏是利用机械运动实现向人体血液循环系统输送血液,以全部替代或部分替代自然心脏泵血功能的装置。一般按其用途可分为左心室辅助、右心室辅助、双心室辅助和全人工心脏。


原理上,人工心脏的核心部件是一种泵装置,所以从广义上讲人工心脏有时也被称为心脏泵、血液泵或血泵。目前世界上公认比较理想的人工心脏泵为磁悬浮人工心脏泵,包括离心泵、轴流泵和混流泵。磁悬浮人工心脏泵采用磁力轴承支承,使叶轮转子靠磁力悬浮在泵内,无接触、无需密封、无摩擦、无需润滑、清洁、噪声小、能耗低、发热少、长寿命、结构较简单,可有效减少血栓和溶血的发生。离心式磁悬浮人工心脏泵相比于轴流式磁悬浮人工心脏泵而言,其叶轮转子转速比较低,能有效减少溶血,控制难度也相对较小。因此,离心式磁悬浮人工心脏泵成为现阶段可移植人工心脏泵的主要追求目标。

 

工作原理


磁悬浮人工心脏泵系统主要包括以下几部分:泵体、叶轮转子、电动装置(包括电机及传动装置)、磁力轴承及传感器、功放及控制系统等。电机驱动传动装置旋转,传动装置里内置的永磁体产生旋转磁场,该磁场驱动内置在叶轮下端的永磁体旋转,也就带动叶轮转子旋转。血液从泵体上部中心流入泵腔后,高速旋转的叶轮转子引导泵腔内的血液并通过叶片外沿将其抛至出口管道,从而将血液从出口泵出,这种单向流动的血液具备人体血液所需的动脉压。磁力轴承的支承、血液动压联合作用使叶轮转子稳定悬浮,即电涡流传感器精确检测叶轮转子的位置,输出电信号到功放及控制系统,后者通过闭环反馈改变电流从而控制电磁铁力的大小及方向以保证叶轮转子轴向稳定悬浮;磁力轴承的磁场向心效应和叶轮转子与变直径血流管道间的偏心产生的血液动压保证叶轮转子在径向稳定悬浮。这样避免了机械轴承密封、摩擦生热、噪音以及清洁问题,有效减少血栓与溶血。当心脏泵启动时,叶轮下部的半球凸台与泵体的底部凹孔构成辅助机械轴承,起轴向点支承作用;当心脏泵稳定运行时,磁力轴承取代辅助机械轴承支承:一旦磁力轴承失效时,辅助机械轴承即支承叶轮转子,起保护作用。

 

优势


1.寿命长、可靠性高。磁悬浮支承是靠磁场力来悬浮叶轮转子,磁力轴承与叶轮转子的相对运动表面间没有任何接触,从而完全避免了机械轴承的机械摩擦、磨损和接触疲劳产生的寿命问题。


2.无需润滑和密封、维护成本低。磁力轴承无需密封,从而避免了自身的润滑,无润滑剂的血液污染,避免了机械轴承高额的维护和保养费用,降低了成本。


3.圆周速度高。磁力轴承转速只受叶轮转子材料的抗拉强度的限制,因此其圆周速度高。


4.发热少、功耗低。磁力轴承的磁损主要由磁滞和涡流引起,比较小、效率高,转子转速达到10000rmin时,磁力轴承的支承功耗约为滚动轴承的17%。


5.具有变刚度、变阻尼、动态性能好的优点磁力轴承的刚度和阻尼由控制系统所决定:在一定范围内,磁力轴承的刚度和阻尼可控可调,动态特性好。


6.结构简单、易加工。磁悬浮人工心脏泵采用磁力轴承,避免了传统心脏泵对密封装置和润滑油的存储、过滤、冷却、循环等装置的引入,因而泵体的结构简单、易加工。


7.植入效果好。磁悬浮人工心脏泵的零部件可较长时间运行而无需更换,因而寿命、稳定性和可靠性高,故磁悬浮人工心脏泵的植入效果好于传统心脏泵。


8.生理相容性好。磁悬浮人工心脏泵采用磁力轴承,避免了密封和润滑等装置的引入,并且使泵腔流道的结构简单,因而有效减少了血栓的形成。另外磁悬浮人工心脏泵的转速较高,可大大缩短血液在心脏泵内的停留时间,也可减少血栓和溶血。并通过优化叶轮及泵腔的结构,可提高人工心脏泵的抗溶血性。

Disposable MagLev Centrifugal Blood Pump Utilizing a Cone-Shaped Impeller复制标题

利用锥形叶轮的一次性磁悬浮离心血泵

发表时间:2010-08-14

影响指数:2.4

作者: Wataru Hijikata

期刊:Artif Organs

Although the impeller shifts downward with the increase of the rotational speed, it can levitate without contact. Hence, the passive stiffness of the magnetic bearing and the fluid clearance in the axial direction are sufficiently large to avoid contact between the impeller and bottom housing. Thus, the axial thrust does not present a problem in the case of the MagLev BP. The axial thrust acting on the impeller was calculated by using CFD analysis in order to reveal why the impeller shifts downward with the increase of the rotational speed.

译文

尽管叶轮随着转速的增加而向下移动,但它可以悬浮而不会接触。 因此,磁性轴承的被动刚度和轴向上的流体间隙足够大,可以避免叶轮和底壳之间的接触。 因此,在MagLev BP的情况下,轴向推力不会出现问题。 为了揭示为什么叶轮随着转速增加而向下移动,使用CFD分析计算了作用在叶轮上的轴向推力。 图7显示了模拟压力分布,其值与MagLev BP泵头中出口处的压力有关,流速为5 L / min,转速为2400 rpm。 顶部壳体和顶部锥体之间的压力大于其他区域,例如顶部和中间锥体之间,中间和底部锥体之间以及底部锥体和底部壳体之间的压力。

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