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《人工肝血液凈化機理及實驗系統(tǒng)的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、學(xué)校代碼:10255學(xué)號:108991博士學(xué)位論文人工肝血液凈化機理及實驗系統(tǒng)的研究TheStudyonMassTransferofDetoxificationMechanismandExperimentalSystemofArtificialLiverBloodPurification學(xué)科專業(yè)：機械設(shè)計及理論學(xué)生姓名：裴瑩瑩指導(dǎo)教師：孫以澤教授、高大勇教授答辯時間：2015年10月8日摘要東華大學(xué)博士學(xué)位論文人工肝血液凈化機理及實驗系統(tǒng)的研究TheStudyonMassTransferofDetoxificationMechanismandExpe
2、rimentalSystemofArtificialLiverBloodPurification摘要血液凈化是指通過血液凈化系統(tǒng)除去血液中某些有害物質(zhì)，從而治療患者疾病的一種方式，它主要包括血液透析、血液濾過、血液吸附、血漿分離等。血液凈化系統(tǒng)經(jīng)常用于各種因素造成的代謝器官功能障礙，器官功能損傷等疾病的治療，長期以來一直是人們研究的焦點。人工腎血液凈化系統(tǒng)，是目前技術(shù)較成熟且應(yīng)用廣泛的一種血液凈化系統(tǒng)，但是，這種系統(tǒng)的毒素清除機理僅適用于清除水溶性小分子毒素，而對于肝病患者體內(nèi)的與白蛋白結(jié)合的毒素并不適用。本文主要針對非生物型人工肝血液凈化機理及其相
3、關(guān)系統(tǒng)進行基礎(chǔ)理論和實驗研究。首先基于大量文獻，對目前人工肝血液凈化技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀進行概述。由于清除血液中與白蛋白結(jié)合毒素的機理更為復(fù)雜，且涉及到的領(lǐng)域較多，目前國外關(guān)于人工肝血液凈化機理的研究相對較少，且不完善。國外的現(xiàn)有設(shè)備也在生物相容性、白蛋白損失和毒素清除效率等方面存在一些不足。而國內(nèi)針對人工肝血液凈化方面的研究起步較晚，研究主要是集中在醫(yī)療機構(gòu)對現(xiàn)有系統(tǒng)應(yīng)用的臨床實驗研究，在與白蛋白結(jié)合毒素清除機理的基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)的原理設(shè)計方面研究甚少。因此本文針對人工肝血液凈化技術(shù)的機理和系統(tǒng)設(shè)計的研究，對我國自主開發(fā)研制人工肝血液凈化系統(tǒng)具有重
4、要意義和研究價值。針對人工肝血液凈化系統(tǒng)存在的諸多問題，本文做了幾方面研究工作，具體研究內(nèi)容如下：1.人工肝血液凈化透析機理的優(yōu)化動力學(xué)模型綜合了白蛋白與毒素結(jié)合平衡機理和透析對流傳質(zhì)機理。基于該動力學(xué)優(yōu)化模型分別建立單向透析模式和濃縮透析模式系統(tǒng)的流體力學(xué)模型，并利用MATLAB軟件對兩種模式透析系統(tǒng)的清除效率進行仿真。通過實驗研究，結(jié)果表明該透析動力學(xué)優(yōu)化模型仿真結(jié)果更準(zhǔn)確，與實驗數(shù)據(jù)更吻合。透析模式和濃縮透析模式的對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濃縮模式的透析系統(tǒng)不僅在體積、回收、成本方面明顯優(yōu)于單向模式，其清除效率較單向模式系統(tǒng)也具有一定優(yōu)勢。僅在一定條件
5、下，濃縮透析模式的最終清除效率低于單向模式，但透析開始時清除毒素的速率要明顯高于單向模式。i摘要東華大學(xué)博士學(xué)位論文2.針對人工肝血液凈化吸附動力學(xué)傳質(zhì)機理的研究，本文根據(jù)分層吸附的現(xiàn)象，建立毒素吸附過程的動力學(xué)模型。并基于白蛋白吸附量，對毒素吸附傳質(zhì)系數(shù)進行修正。利用吸附傳質(zhì)動力學(xué)模型，針對“超濾”和“對流”兩種吸附模式，分別建立兩種吸附模式系統(tǒng)的流體力學(xué)模型，并利用MATLAB軟件對系統(tǒng)的毒素清除效率進行仿真。兩種吸附模式的工作效率進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超濾模式的毒素清除效率較對流模式要快，但是由于系統(tǒng)使用的吸附介質(zhì)總量相同，兩種模式的系統(tǒng)最終毒素
6、清除效率也會趨于一致。3.本文建立了人工肝血液凈化實驗系統(tǒng)。根據(jù)人工肝血液凈化機理的研究，對實驗系統(tǒng)的血液凈化原理進行設(shè)計。首先提出流速增強設(shè)計，解決系統(tǒng)血漿流速受限的問題。對該系統(tǒng)使用的硬件進行設(shè)計和選型；再根據(jù)血液凈化系統(tǒng)的一些安全性原則，對整個實驗系統(tǒng)的硬件進行合理布局。根據(jù)實驗系統(tǒng)的功能和工作流程，利用單片機實現(xiàn)實驗系統(tǒng)的電氣控制。同時，考慮到系統(tǒng)可能發(fā)生的異常情況，針對系統(tǒng)在泵工作異常、血液凝固、血液流速異常等特殊情況下，各個壓力監(jiān)控點的壓力變化，得出整個系統(tǒng)的安全邏輯控制關(guān)系，來確保系統(tǒng)的安全運行。4.利用實驗系統(tǒng)驗證了人工肝血液透析優(yōu)化
7、模型和濃縮透析模式的準(zhǔn)確性和有效性。之后又對超濾吸附模式和對流吸附模式的比較結(jié)果進行實驗驗證，結(jié)果表明，本文推導(dǎo)的吸附動力學(xué)模型仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)一致；在實驗開始階段超濾模式的清除效率高于對流模式。最后還對本文的實驗系統(tǒng)進行了實驗驗證。綜上所述，本文設(shè)計的人工肝血液凈化實驗系統(tǒng)合理、有效，且具有體積小，回收方便，白蛋白損失少等方面的優(yōu)勢。通過上述研究，本文取得的創(chuàng)新成果如下:1.優(yōu)化了血液透析動力學(xué)模型，并提出了一種濃縮透析模式。本文考慮局部超濾不均勻分布的現(xiàn)象，提出一種基于局部超濾的人工肝血液透析動力學(xué)優(yōu)化模型，解決了一般模型預(yù)測不夠準(zhǔn)確的問題;針
8、對單向模式透析系統(tǒng)存在的成本高、回收難、體積大等不足，首次提出了一種系統(tǒng)體積輕便、有利于白蛋白再生、便于回收
