1材料与方法
以笔者研制的I、II型轴流血泵为基础<3，4>，比较简化叶轮结构后泵（液下泵选型）流体力学特性的变化。基本结构简述如下：在轴流泵泵筒中设置前导流叶（Flowstraightener），尾导流叶（Diffuser），转子叶轮体和转轴支持系统。转子叶轮体由叶轮和转子连接而成。转子由稀土永磁材料压制为圆柱型，包被在推进叶轮的轮毂中，与叶轮同轴装配。在叶轮磁体的中央有孔可供轴穿过，由前后轴承支持。当定子产生旋转磁场时可以驱动叶轮旋转，推动血液流动。
定子系统类似直流无刷电机，由定子铁心和绕组组成，通过换向电路控制绕组顺序馈电。叶轮叶片采用“引叶/主叶片”（Inducer/Impeller）分段结构，曾取得较好的流体力学特性。与国外的同类轴流泵的不同之处是，叶轮中心轮毂为全空心结构，可装入较多的永磁体，使转矩增大，并可在同等流体输出的条件下减小泵的外径，进一步改善泵的解剖相容性。
本文研究的轴流叶片设计基于传统分段“引叶/主叶片”式和“连续叶片”式。为比较叶轮叶片结构对轴流泵流体力学特性的影响，采用三种不同的叶轮叶片结构。在轴流泵其他结构完全相同的条件下单独更换叶轮后测试泵流体力学特性。叶轮采用钛合金制作，用五轴联动铣床制成各种不同结构的叶轮，表面抛光后装配备测。为能与市售的通用人造血管直接匹配，本研究的泵筒内径确定为13.9mm，相应的叶轮外径：13.8mm，长28mm.导叶直径：13.9mm.泵总重量约70g.导叶与泵筒内径形成静配合。
应用体外模拟循环台对血泵的流体力学特性进行测试。通过确定泵的“压力?流量?转速?输入电压?输入电流?能量转换效率”之间的定量关系，可较全面地反映泵的特性。采用30甘油水溶液作为循环介质，以使其粘滞度接近于血液。通过调节模拟循环台储液罐中的液体柱高度可以模拟左心室舒张期压力，也可模拟左房引流时的左房压或肺静脉压，在实验过程中维持在10cm水柱左右。轴流泵的工作负荷由输出端压力表读数减去储液罐中的液体柱高度计算。实验中观察到调节轴流泵的输入电压，随输入电压增加，输入电流和轴流泵转速均增加。通过调节模拟循环管路的阻力阀，可改变泵输出的流量和压力比。在恒定转速时，阻力增大可使流量减小但输出压力增加。适当的阻力和泵转速可使泵输出稳定在5L/min流量和100mm Hg输出压水平，这一输出接近实际心脏辅助时的要求，因此可将这一轴流泵工作状态称为“标准工作状态”。
2结果
在轴流泵其他结构完全相同的条件下单独更换叶轮，发现3种叶片叶轮组成的轴流泵均可在大约9800转/min的转速条件下达到5L/min的流量输出和100mmHg的后负荷压力输出，“标准工作状态”下不同叶片形式对轴流泵的流体输出特性影响不大。但在不同流量和压力条件下叶片形式的变化可导致轴流泵流体力学特性改变。在相同的叶轮转速下测试泵压力输出，低流量高压力输出条件下有较大差别，分段式叶片有较好的输出特性。但在观测范围内，随输出流量增加和压力降低，各叶片叶轮的流体力学特性差别不再明显。这些装置应用于临床，虽已取得了显著的效果但也发现有较多的并发症，主要是与其血液相容性有关。
轴流泵的溶血和抗凝特性是限制其临床使用效果的重要因素。叶轮表面是与血液直接接触的表面，作为异物可触发血液的凝血系统和血小板，从而启动血液凝聚机制，形成血栓。防止血栓形成有多种方法，如良好的冲刷、减小血流死区、尽可能减小驱动剪切力等措施均可从流场优化的角度改进抗血栓形成机制。
血液接触材料的性质至关重要，从现有的研究资料来看钛合金、热解碳涂层和聚氨酯等人工材料有较好的抗血栓性质，但也不能完全防止血栓形成。另方一面，即使采用血液相容性较佳的人工材料，也必须有良好的表面物理特性，比如表面光洁度等特性对血栓乃至溶血特性等血液相容性有很重要的影响，特别是在高剪切力的条件下更是如此<7>。微型化的轴流泵由于转速很高，对血液细胞的剪切力增大，因此表面处理的重要性更显突出。
泵内结构简化可使制造工艺简化，叶轮几何形状的简单化还可使表面抛光或其他处理更容易完成，形成理化特性一致的表面，对防止血栓的发源点有很重要的意义。如本文研究的连续二叶片式叶轮有较简单的叶片结构，叶片整体表面积较小，有利于泵内冲刷防止血栓形成。但叶轮叶片结构的过分简单化也有可能使血泵的流体力学特性下降。从综合性能提高的角度来看，泵设计应该权衡兼顾叶轮结构简化及其流体力学特性劣化之间的关系。笔者的比较研究发现：各种叶片形式差别较大，但简单的叶片结构形式并不会导致流体力学特性的严重下降。这一实验结果对改进轴流泵血液相容性提供了重要的实验基础。但其血液相容特性尚需在动物体内植入实验中进一步证实。
3讨论
作为植入性心脏辅助装置，很多技术性能碍于体积和外型的限制难以提高。比如效率，流量，压力等指标。对辅助装置流体力学特性的体外模拟测试可部分再现体内血液动力学的情况，因此可观测确定血泵是否有足够的卸负荷和对外周循环的维持作用，以便证实装置的辅助循环作用。本文的体外测试可比较不同结构设计的优劣，对血泵改进提供基础。
本研究比较了两类三种不同叶片叶轮结构对轴流泵流体力学特性的影响。传统的“引叶/主叶片”式结构虽被很多研究者所采用，但其几何形状较为复杂，表面处理困难。“连续叶片”式外形结构规则，有利于加工制造，也更易于表面处理，能保证表面质量。
研制可长期植入的血泵首先要有尽可能小和尽可能合理的外形尺寸以适应人体内的间隙，减小对相邻器官的压迫性影响。
4结论
本文设计的“连续叶片”式和“引叶/主叶片”分段式叶轮结构在标准工作状态下均可获得相似的流体力学特性，在一定程度上简化轴流泵叶轮结构不会导致轴流泵流体力学特性明显改变。
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