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《哈尔滨工业大学》 2018年
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新型搏动式全人工心脏驱动方案研究

周栋  
【摘要】:全人工心脏(Total Artificial Heart,TAH)是一种可以实现人体生理学心脏全部功能的设备。其可提供近乎无限的移植供体,具有广泛的研究前景。但是现存的全人工心脏技术尚不成熟,其最主要的缺陷表现在驱动方案的设计上。研制中的可全部植入人体的小型化搏动式全人工心脏效率较低,因而在实际使用中发热严重,若植入人体会造成热量堆积损伤人体器官。为了提高搏动式全人工心脏的工作效率,本文设计了一种新型的搏动式全人工心脏的驱动方案。为了验证设计的合理性和高效性,采用仿真和实验的方法对驱动方案进行研究,细节如下:从心脏的结构和其在血液循环系统中实现的功能两方面出发,讨论了人体心脏的主要生理学指标,并据此确定了新型驱动方案的技术指标。提出了一种利用单向旋转的电机实现推板往复运动的驱动方案,并建立了此驱动方案的参数化输出模型。从全人工心脏内部流场的角度出发进行流体动力学仿真,旨在分析单向旋转驱动方案在全人工心脏内部产生的压强流场是否满足不破坏血红细胞的压强条件。建立了全人工心脏左心室的动态模型,依据驱动方案的运动形式对其动网格进行。从血液循环系统的角度出发进行仿真分析,旨在探讨单向旋转驱动方案下的血压响应是否满足人体的生理学需求。基于弹性腔理论基本方程建立了血液循环系统的数学模型,仿真分析不同参数下的血压响应,确定最优设计方案。通过实验验证单向旋转驱动方案的合理性和高效性。研制单向旋转搏动式全人工心脏原型机,利用多诺万体外模拟循环系统及心脏监护仪测试全人工心脏原型机的输出特性,并将采集图像与人体的主动脉血压波形做对比,分析驱动方案的合理性。最后设计了效率测试实验,分析单向旋转驱动方案的工作效率能否满足课题开始时提出的效率及散热要求。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH77

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