作者：杨剑 易定华 刘维永 贺建国 龚晓波 钟国辉 易萍虎
【关键词】 电磁血泵
关键词: 电磁血泵;心脏辅助装置;体外循环
摘 要:目的 测试电磁血泵的流体力学特性，为其进一步完善、进行动物实验及临床应用提供实验依据. 方法 改变血泵工作的不同前、后负荷，通过电磁流量计、生理记录仪、万用表等测试血泵工作电压及工作频率与流量的关系及血泵工作产生压力与流量关系等指标. 结果 体外模拟实验研究结果显示在前、后负荷固定条件下，血泵可产生1.1～7L・min-1 流量;血泵流量与工作电压、频率（r=0.99，P&<0.05）及入口压力呈正相关（r=0.99，P&<0.05），与出口压力呈负相关（r=0.99，P&<0.05），血泵输出压力与流量呈正相关（r=0.99，P&<0.05）. 结论 我们自行设计、加工的小型推板式电磁血泵，经体外模拟实验测试表明其原理可行，性能良好，能满足临床生理所需流量、压力要求，调节方便，可实现一次性使用.
Keywords:electromagnetic blood pump;heart-assist devices;cardiopulmonary hypass
Abstract:AIM To test the hydrodynamic characteristics of the blood pump driven by electromagnetic power so as to make preparations for its further improvements，animal ex-periments and clinical use.METHODS Small pushing-plate blood pump driven by electromagnetic power that was de-signed and made.Using electromagnetic flowmeter and phys-iological recording machine，the relationship between the vo-lume，the pumping pressure，the working voltage，the fre-quency，preload and postload were tested.RESULTS Extra corporeal experiments showed that the blood pump could pro-duce a flow rate of1.1～7L・min-1 under the condition of fixed preload and postload.The volume was correlated posi-tively with the working voltage，the frequency of the blood pump（r=0.99，P&<0.01）and the preload（r=0.99，P&<0.05）but was correlated negatively with the postload（r=0.99，P&<0.05）.The pressure produced by the blood pump also had a positive relationship with the working voltage（r=0.99，P&<0.05）.CONCLUSION Small pushing-plate blood pump can satisfy the physiological demand and can be dispos-able.
0 引言
心脏辅助循环是应用心室辅助装置等手段、替代心脏的泵机能、维持全身良好血液循环状况的一种治疗方法.它主要用于心脏手术后心源性休克的治疗以及作为心脏移植前的桥梁――即在寻找合适供心之前暂时作过渡使用［1，2］ .血泵是心室辅助装置的核心组成部分，近年来由于对战伤急症体外循环研究的深入，发现应用急症体外循环可以显著提高心脏火器伤的救治率［3-5］ ，促进了小型便携式心室辅助装置的研制.国内关于此类血泵的研究工作起步较晚，我们设计、研制了以电磁为动力的小型推板式一次性血泵，同时在体外模拟实验台上对电磁血泵的血流动力学性能进行测试，以便为进一步动物实验和临床应用提供依据.
1 材料和方法
1.1 血泵 血泵整体系统由控制装置、血泵主体和引流管组成，控制装置可调节血泵工作的电压及频率，血泵主体通过引流管外接模拟实验台进行测试.血泵控制装置包括电源、控制系统、驱动电路和逆变主回路、调节面板等部分（Fig1）.
图1 略
电源采用24V交流电（通过内置变压器由220V交流电转换），汇编语言编写的调控程序固化至控制系统内部，经由驱动电路和逆变主回路，作用于振动电机，可对血泵的工作电压和频率进行调节，调控程序经外部调节面板发挥调节作用，调节面板共设四档，其频率分别为0.2，4，20，30Hz，有增加、减少、复位按键可调节电压大小，每档电压逐次递增5%，共可调节10级.电磁血泵泵体为不锈钢制，波纹管部分采用医用塑料制成，外部有弹簧加强承重能力，在波纹管内部两端各有一个瓣膜，磁力电机组通过推力盘与血泵相连，二者之间有支杆起固定作用.血泵内部与血液接触部分由镍锰合金、瓣膜等材料构成，具有良好的血液相容性.泵体全长35cm，出、入口径均为1.2cm（Fig2）.电磁血泵采用动圈式振动电机作为驱动装置，其结构是一个带有线圈的圆筒形电枢动圈，支撑于一块由磁钢和静子构成的闭合磁路气隙中.当线圈通交流电流时，处在恒定磁场中的载流线圈就会在某一平衡位置附近作周期性振动，带动血泵工作容积周期性变化，挤压波纹管，在泵体内产生压力.由于压力吸引，血液可在泵体内流动，内置的两个瓣膜使血流由下到上呈单向性，完成对血液的输送工作，从而起到心室泵的作用［6］ .
1.2 方法 为了测量血泵的工作条件及所能达到的要求，参照以往测试实验［7］ ，特建立模拟试验台（Fig3）.在体外模拟实验台中，血泵入口和出口分别连接储箱和集液器，压力传感器置于血泵入口和出口处，通过八道生理记录仪可动态观察出、入口压力变化.入口压力（前负荷）由储箱水面高度控制，调节集液器水面高度可以改变血泵出口压力（后负荷）;电磁流量计探头分别置于血泵出入口处，可观察血泵流量的动态改变.观测以下指标:①工作电压及工作频率与流量的关系:改变电磁血泵的工作电压及频率，测量固定前后负荷条件下可调控的每分钟流量，观察电压及频率与流量的关系，并进行统计学处理;②出口压力（后负荷）与流量的关系:通过调节集液器液 面高度来改变电磁血泵的出口压力，测量固定工作电压及频率下流量与出口压力的关系，观察血泵流量受出口压力影响的情况;③进口压力（前负荷）与流量的关系:通过调节储箱液面高度来改变电磁血泵的进口压力，测量固定工作电压及频率下流量与进压力的关系，观察血泵流量受进压力影响的情况;④血泵工作产生压力与流量关系:观察固定前、后负荷条件下，血泵工作时产生压力与流量的关系.
图2 － 图3 略
2 结果
2.1 工作电压、频率与流量的关系 控制血泵入口、出口水面与血泵同一高度，改变血泵工作电压及频率，测电压、频率与流量的关系（Fig4）.显示在入口水面高度（模拟前负荷），出口水面高度（模拟后负荷）均为零的情况下，随着血泵工作电压及频率的增高，流量同步增大.流量和工作电压呈直线正相关（r=0.99，P&<0.05）.
2.2 出口水面高度与流量的关系 控制血泵入口水面与血泵同一高度，电源电压分别为5，7，9，13和16V时，测出口水面高度和流量关系（Fig5）显示，在入口水面高度和电压一定情况下，随着出口水面高度的升高流量减低（r=0.99，P&<0.05）.
2.3 入口水面高度与流量的关系 控制血泵出口水面与血泵同一高度，工作电压分别为3，4，5，7和9V时，测入口水面高度与流量的关系（Fig6）显示，在出口水面高度和电压一定情况下，随着入口水面高度的升高流量增大（r=0.99，P&<0.05）.
2.4 血泵工作产生泵压力与流量关系 控制血泵入口、出口水面与血泵同一高度，观察工作产生泵压力与流量之间的关系，Fig7显示，在前后负荷一定情况下，随着血泵工作压力的升高，流量增大（r=0.99，P&<0.05）.
3 讨论
心室辅助装置（ventricular assist device，VAD）是常用的一种用来辅助衰竭的心脏、维持全身循环功能的装置.临床上主要应用于以下方面:①心脏直视手术后发生低心排血症而不能脱离体外循环的患者，急性心肌炎、心肌梗死患者以及终末期心力衰竭患者的治疗，在外科治疗前代替全身循环及辅助心脏手术后的心脏功能［8］ ;②心脏移植前，暂时代替自然心脏的功能，维持全身血循环，作为心脏移植的桥梁过渡［9，10］ ;③为外伤患者自体血回输提供动力，加强对心功能的支持，争取抢救时间.
心室辅助装置是一项多学科相结合的高科技结晶.随着心脏外科的发展和心脏移植例数的增多，心室辅助装置有着广阔的应用前景.国外目前商品化的心室辅助装置价格昂贵.而国内关于小型一次性电磁血泵的研制尚未见报道.我们研制的小型推板式电磁血泵，采用动圈式振动电动机代替传统的动力设备，利用交变电流通过线圈产生的往复振动，使泵容积发生周期性变化，其优点有:①线圈质量小，反应灵敏，线圈电感和机电常数小，适合于快速控制;②动圈骨架为非导磁体，消除了永磁电动机固有的电枢和磁极之间的吸力，降低了启动电流;③动圈中无磁滞损耗和涡流损耗，能量损失小、效率高;④动圈式振动电机为单极电动机，磁钢的利用较充分，漏磁小;⑤整个装置仅由电磁驱动，省去了机械零件等中间设备，结构简单、体积质量较小，易于移动，运行可靠［5］ ;⑥波纹管的采用满足了血泵的密封运输功能，安装更换简便，易于实现一次性使用［11］ ，造价较低.我们对电磁血泵进行体外模拟测试证实该血泵流量可达1.1～7L・min-1 ，精确可调，流量与电压、频率成一致性线性关系，工作时泵压力最高可达42.7kPa，且性能稳定，能满足生理需求.电磁血泵整体结构简单，拆卸方便，易于一次性使用，适用于临床进一步心脏手术后心源性休克的辅助治疗，战创伤、急症体外循环救治，还可以当作吸引器应用于自体血回输，具有广阔的应用前景.
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