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人工心脏研究所

发布日期:2015-09-06

所  长:  陈  琛 教授  电话: 0512-67581961  邮箱: chenchen@suda.edu.cn

副所长:  徐博翎 教授  电话: 0512-67581970  邮箱: polinhsu@suda.edu.cn

1.研究所概况

人工心脏研究所是以人工心脏基础理论及应用研究为重点,以人工器官学科建设为龙头,以人才队伍建设为根本,以为临床治疗服务为宗旨的科研创新团队。致力于研究人工内脏器官的设计、制造、评价等相关的理论及科学技术问题,侧重于人体循环系统、呼吸系统、泌尿系统人工器官;结合生物医学工程、磁悬浮、特种电机和流体力学等相关学科领域,与高科技企业战略合作,产学研用有机结合。既注重合作共赢,又充分发挥各自专长。

基于我国对人工器官需求巨大并迅速增长,人工心脏研究所自2011年创立以来,以建设高水平的人工器官科研和人才培养基地以及提升我国人工器官产业技术水平和创新能力为创办宗旨,致力于研究人工器官,侧重植入型人工心脏的设计、制造、评价等相关的理论及科学技术问题。人工心脏的核心部件是一种机械泵装置,用来辅助心衰患者病弱的天然心脏并取代/协助其泵血功能。人工心脏研究具有多学科交叉特性,涵盖生理学、机电一体化、材料科学及医学等。投入开发第三代磁悬浮式人工心脏已经具有国际水平,2013年底成立微创型人工心脏项目,面向前沿科技作难点攻关。

2.主要成员

人工心脏研究所在中组部“千人计划”、中国科学院“百人计划”入选者陈琛教授的带领下,先后引进了多名国内外优秀研究人才,其中包括国家“青年千人计划”入选者、英国剑桥大学和德国亚琛大学的双博士徐博翎教授以及比利时鲁汶大学计算流体力学领域专家吴鹏博士和磁悬浮和机电一体化专家尹成科博士。目前,研究所有特聘教授2人,副教授1人,讲师1人,实验技术人员2人,在读硕士研究生和一支国家级大学生实践创新项目团队。

 

尹成科陈琛吴鹏陈汐党维国徐博翎

 

3.研究方向

研究方向1:人工心脏无线传能系统研究

传能方式已经成为以人工心脏为代表的中功率植入式有源医疗器械领域的关键共性问题。传统的无线传能方式有TET经皮变压器、FREE-D磁谐振线圈等,但普遍植入性差、可靠性不高。本所研究的多方位分布式无线传能系统突破了空间方位限制并具有良好的可植入性和高可靠性,在植入式医疗器械无线传能领域有广泛应用前景。

研究方向2:血泵内流动的精确数值模拟和工程数值模拟       

     血泵内流动的雷诺数一般是转捩流到低雷诺数湍流的范围。本研究致力于用更精确的湍流模拟方法如LES, Hybrid LES/RANS和先进的转捩模型预测血泵内的非定常湍流和转捩流动。与此同时,本方向也关注应用成熟的快速数值预测方法如RANS求解实际工程问题。

离心式泵计算网格示意图

研究方向3:生物医学工程中流固耦合问题的数值模拟       

如何精确模拟流固耦合问题是一个难题。本研究致力于发展适合于低雷诺数内流动的LES模拟技术,应用高精度的数值格式并结合有效的自适应网格技术,构建流固耦合的整体模拟方法,重点研究生物医学工程尤其是血泵中复杂的流固耦合问题,从而对血泵内流场的精确预测、血液损坏的估算和预测以及泵的设计奠定基础。

研究方向4:血液机械损伤规律体外模拟研究

心血管人工器官中的血液机械损伤规律一直是悬而未决的难题。以往研究装置中的机械轴承对实验结果影响严重,且无法观测机械损伤间隙内流场的真实情况。本研究所研制的可视化的磁悬浮血液损伤实验装置,避免了机械轴承的损伤并可直接观测间隙血细胞的真实运动,为血液机械损伤规律研究提供了先进的手段。

研究方向5:人工器官的生理相容性研究 - 心血管系统建模和模拟

研究机电系统与生物系统的交互作用,是长期以来人工器官领域面临的一项艰巨任务,而采取数学模型进行计算机模拟或使用体外模拟平台复制生理状况的方法具有快速以及可复现性等优点,能够弥补活体实验力有未逮之处,为人工器官与生理系统交互作用和其并发症的病理机制研究提供一个可以控制个体差异和干扰因素的有效手段,藉以分析生理参数改变以及其对血液动力学参数作用机理的量化影响。我们使用数学模型预测辅以实验平台验证,能够有效的研究机电系统与生理系统的相互作用,能够提供临床诊断的重要辅助证据和理论指导,进一步能够对个体化医疗提供重要的前期工具,对于心血管人工器官和循环系统疾病治疗的进展具有重要的意义。

4.主要研究成果

研究所已承担了国家863计划重点项目、国家科技部国际科技合作与交流专项、国家自然科学基金面上项目、国家青年自然科学基金、江苏省科技支撑计划(社会发展)项目、江苏省青年基金、大学生实践创新国家级重点项目等多项国家级、省级重点项目。徐博翎教授在美国人工脏器协会(ASAIO)第六十界年会上获得 “Nose International Fellowship”,是10年来获得该奖项的首位中国科学家。

研究所已成功研制具有自主知识产权、基于完全磁悬浮技术的当今最新一代人工心脏的原型样机。样机在动物试验中表现出的防溶血性能,达到目前国际上各类人工心脏动物试验的最好级别,并受到同行与领导的肯定。同时,显著缩小了尺寸,成为世界上最小的磁悬浮离心式人工心脏。这标志着我国人工心脏技术实现了跨越式发展,迈入了国际先进行列。