[发明专利]一种用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统及方法，属于图像测速技术领域，本发明所述用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统，设计远场磁力驱动装置和同步装置，保证每次拍摄是在叶轮的同一位置，能够实现对轴流式人工心脏内部流场的研究；轴流式人工心脏叶轮位置无驱动线圈遮挡，能够对轴流式人工心脏内部叶轮部分流场进行PIV实验；同步控制装置及控制程序能够实现对泵任意角度的拍摄，能够保证相机每次拍摄位置固定。本发明所述用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速方法，驱动装置和血泵转子分离设计，能够隔离振动，提高实验的精度。

技术领域

本发明属于图像测速技术领域，具体涉及一种用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统及方法。

背景技术

人工心脏泵的临床应用为心衰患者带来了福音，受到越来越多的关注与研究，血泵作为人工心脏的核心部件。人工心脏存在的问题是泵内部流场存在剪切应力，对红细胞剪切破坏导致的溶血问题。轴流式人工心脏内部流场的研究主要以数值仿真为主，但实际人工心脏由于加工因素等影响，与仿真结果可能有较大误差，为研究轴流式人工心脏的内部流场情况，需要通过实验的方法来研究内部流场情况。

PIV(Particle Image Velocimetry,又称粒子图像测速法)是目前研究内部流场的主要方法。中国专利201210103048.6公开了一种用于粒子图像测速的轴流泵及其粒子图像测速的方法；赵阳，《轴流泵叶轮与导叶内部流场的3D-PIV测量》，扬州大学硕士学位论文，2006.和黄欢明，《轴流泵内流场的数值模拟与工实验研究》，上海交通大学硕士学位论文，2008.上述文献是针对传统轴流式水泵的研究，传统水泵体积大，采用外接驱动轴的形式进行驱动，该方法不适用与轴流式血泵的PIV实验。柳光茂等2013年在中国生物医学工程学报发表的论文《轴流式左心辅助泵的出口管道流场PIV实验研究》，对轴流式血泵的PIV实验主要是对泵出口管道的流场进行测试，采用固定频率方式拍摄图像，没有设计PIV同步拍摄装置。

目前轴流式人工心脏的驱动形式采用同步电机驱动原理，在由叶轮外周的线圈产生旋转的磁场带动叶轮转动。由于叶轮外部有线圈遮挡，因此无法对轴流式人工心脏内部流场进行拍摄，所以无法进行PIV实验。此外，驱动线圈导电部分浸泡在溶液中，需要进行防水处理。轴流式人工心脏内部流场PIV实验需要检测叶轮位置并实现同步触发拍摄，而针对轴流式人工心脏进出口流场PIV实验采用定时触发方法，无法保证每次拍摄叶轮在同一位置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统及方法，实现外磁驱动轴流血泵，并实现对轴流式人工心脏内部流场的同步拍摄，以进行内部流场粒子的精确测速。

本发明提供所述用于轴流式人工心脏内部流场粒子图像测速系统，包括轴流式血泵、透明有机玻璃箱、远场磁力驱动装置、控制器、PIV试验系统、恒温水箱、压力表、流量计、排气阀和节流阀，所述轴流式血泵固设于透明有机玻璃箱内部，透明有机玻璃箱的底面向内凹陷，形成凹槽，所述凹槽内设有远场磁力驱动装置，轴流式血泵设置于凹槽的上端；

所述透明有机玻璃箱内灌满甘油水溶液；

所述控制器与远场磁力驱动装置连接，用于控制远场磁力驱动装置中的驱动电机，并实现同步触发拍摄；

所述PIV试验系统采用顶部投射激光片光源，侧面进行拍摄；

所述轴流式血泵的入口与恒温水箱的出口通过管道连接，轴流式血泵的出口与恒温水箱的入口通过管道连接，轴流式血泵的入口和出口设置有压力表，用于检测轴流式血泵的入口和出口压力值；

所述轴流式血泵的出口和恒温水箱之间设有流量计，用以检测轴流式血泵的输出流量，保证轴流式人工心脏工作在额定工况下；

所述轴流式血泵和恒温水箱之间的管道上设有排气阀，用于排出管道内的气体；