随着心衰患者人数逐年攀升,心脏泵已经成为治疗重症心衰的有效治疗手段和等待心脏移植手术的过渡疗法。临床应用中,基于可靠性考虑,心脏泵常工作于定转速模式,从而导致系统搏动降低,容易诱发众多病症及抽吸等异常状态。为解决这些问题,同时使心脏泵适应人体生理状态的变化,本文借助数值仿真和离体实验针对心脏泵的生理控制系统进行研究。构建心血管-心脏泵耦合模型,建立PI和自适应模糊PI生理控制系统,并探究生理控制系统对耦合系统血液动力学行为的影响。本文的主要内容如下:构建心血管-心脏泵耦合模型,研究心脏泵转速对系统血液动力学的影响。首先,根据生理学基础建立心血管系统模型,并建立其状态方程。针对不同健康和心衰生理状态进行数值仿真,校核心血管模型。其次,根据水力实验建立旋转式心脏泵模型并确定模型参数。最后,将两个模型耦合建立心血管-心脏泵耦合模型,研究开环控制方式下,心脏泵转速对于血液动力学参数特性的影响,并确定不同生理状态下的临界抽吸转速。以流量偏差为控制变量构建自适应模糊PI和PI生理控制系统,通过数值方法评价其性能。(1)静息状态的仿真结果表明,自适应模糊PI生理控制的心输出量CO较健康状态误差为1.52%,优于PI生理控制(3.03%),满足灌注要求。自适应模糊PI生理控制和PI生理控制的主动脉压搏动系数分别为0.387和0.358,均高于定转速控制方式(0.048);(2)调节外周阻力模拟患者生理状态(睡眠、静息、运动)变化。自适应模糊生理控制系统心输出量较健康状态误差为1.98%,低于PI生理控制(4.91%)。自适应模糊PI生理控制系统在静息、睡眠、运动状态的主动脉压搏动系数为0.394、0.223、0.647,优于PI生理控制,符合生理需求。与PI控制相比,自适应模糊PI生理控制有效帮助左心室卸载,提高搏动性,满足生理状态改变的辅助要求。搭建心脏泵辅助的离体实验平台,开展耦合模型和生理控制系统的实验研究。实验结果表明:(1)离体实验平台可模拟不同健康和心衰状态,与临床数据相符;(2)心脏泵可有效辅助心衰患者,改善血液动力学参数;(3)抽吸实验得到静息状态的临界抽吸转速为3800r/min,通过开环控制可抑制抽吸;(4)改变心率和心室缩性模拟生理状态的变化,自适应模糊PI生理控制模式下系统的心输出量较健康状态误差为4%、1.6%、2.5%,优于PI生理控制系统(10%、6.45%、5%)。自适应模糊PI生理控制系统在静息、睡眠、运动状态的主动脉压搏动系数为0.442、0.391、0.654,优于PI生理控制系统(0.401、0.353、0.591),且响应速度快。离体实验证实了本文建立的自适应模糊PI生理控制系统在提高系统搏动性,抑制抽吸以及可满足不同生理状态要求的动态性能方面具有优势,且优于传统的定转速控制。