中文摘要：

瓣膜泵是一种新型心室辅助装置，植入主动脉瓣位置，用于辅助左心室泵血，同时又起到主动脉瓣的作用。由于不占用额外的解剖空间，直接从左心室往主动脉输送血液，不需要连接管路和旁路，形成血栓的危险要远小于传统心室辅助装置。瓣膜泵应用于临床，关键在于解决血液相容性问题，尤其是溶血问题。本项目以课题组研制的瓣膜泵样机为研究对象，对泵内部的内流场和血液相容性进行基础科学研究，为其临床应用奠定理论和技术基础。具体内容包括理论研究瓣膜泵的计算流体力学模型和边界条件，实现内流场的计算；基于内流场特性，根据溶血机理和血液动力学理论，分析叶轮设计（叶片数和叶片角）和运行条件（流量和进出口压差）对流动模式和血液相容性的影响，确定瓣膜泵最佳的叶轮设计和运行条件；建立人体血液循环模拟系统，对瓣膜泵进行溶血实验，要求瓣膜泵的溶血指标达到0.05 g/（100L）；开展动物实验，要求实验动物的血红蛋白浓度维持在正常范围。

结论摘要：

项目以新型左心室辅助装置－－瓣膜泵的内流场和血液相容性为研究内容，以解决溶血问题为目标，分析了影响瓣膜泵血液相容性的机理和原因，构建了基于数值结果的溶血预测模型，应用CFD计算流体力学分析了叶轮设计、泵的结构对瓣膜泵流动模式的影响，预测瓣膜泵的水力和溶血性能，实现泵的设计优化，并通过血液循环模拟实验台验证水力和溶血性能，使其溶血指标达到临床应用值。最后进行了急性动物实验，验证其可行性。项目组在国内外期刊、会议上发表论文（含录用）16篇，SCI检索1篇，EI检索（含待检）13篇，ISTP检索3篇, 获得授权发明专利1项，申请发明专利1项，获得中国机械工业科学技术三等奖1项。具体研究内容与成果概略如下　　（1）构建了针对瓣膜泵的溶血预测模型　　确立了溶血的本质原因为切应力，根据切应力、暴露时间和溶血的函数模型和基于应力湍流模型的数值结果，建立了瓣膜泵溶血预测模型。分析并确立了影响瓣膜泵溶血性能的主要影响因素为叶轮设计、瓣膜泵结构、电机性能和加工工艺。　　（2）基于CFD的瓣膜泵的设计优化和溶血性能预测　　建立了专门针对高速微型瓣膜泵的数值方法，提出了应用流动模式（速度分布、压力分布、切应力分布等）实现瓣膜泵水力和溶血性能的定性预测方法和基于溶血预测模型的定量预测手段。通过数值分析筛选出瓣膜泵叶轮的四种改进设计、两种泵结构以进行实验验证。　　（3）溶血和水力实验研究　　建立血液循环模拟系统，实现流量、压力等生理参数的自动调节和检测；应用模拟实验台进行了水力实验和溶血实验，验证了基于CFD的瓣膜泵性能预测的可行性。实验表明，瓣膜泵用于左心辅助时，其开式结构的最低溶血指标达到0.03 g/100L，闭式结构的最低溶血指标为0.06 g/100L，低于人工心脏临床应用要求 0.1 g/100L，实现了项目的技术指标。　（4）急性动物实验研究　　考虑到植入性要求，对采用闭式结构和流线型叶轮的瓣膜泵样机开展了左心辅助急性动物实验。实验共进行了四次，两次实验动物的存活时间超6h。动物实验表明，瓣膜泵在左心室辅助中能产生超过40-120mmHg，0.5-4L/min的血流，满足生理要求；实验动物的常规生化指标维持在正常范围，而血浆游离血红蛋白则由于溶血随着运行时间的增加而逐步上升。动物实验验证了瓣膜泵作为左心室辅助装置的可行性。