双心室辅助是临床上治疗终末期双心室心力衰竭的重要手段。心室辅助治疗可改善系统血流动力学行为,促进心脏功能恢复。这种机械辅助装置对心衰患者心血管系统的影响受到其控制策略的约束。因此,本文采用数值仿真的方法针对双心室辅助的心血管系统进行研究,研究辅助模式对系统血流动力学行为的影响。主要研究内容如下:基于生理学基础建立心血管系统的集总参数模型。与左心血液循环系统相比,该模型考虑了右心和肺循环系统,可用于系统研究心室辅助装置与心血管系统的交互作用。该模型能模拟不同生理状态下的血流动力学变化特性,其数值结果符合临床生理特点,证实了模型可行。将模型和课题组前期提出的旋转式心脏泵数学模型结合,构建了心血管—心脏泵的耦合模型。应用耦合模型,首先研究了左心室辅助的卸载水平以及辅助模式对心血管系统血流动力学和双心室搏动同步性的影响。结果表明,随着卸载水平的增加,左心室压力、容积减小;右心室压力、容积则增大。若左心室过度卸载,则导致右心室负荷的增加,从而增加了右心衰竭的风险。在血流动力学变化方面,连续模式可实现最大左心室卸载,同时对右心室负荷的增加也达到最大;显著降低了主动脉压和主动脉血流的搏动性。若长期缺乏生理搏动性,会降低动脉顺应性,导致血管硬化。搏动模式下,对右心室的负荷增加最小,且提高了主动脉压力和流量的搏动性。三种模式中,连续模式下左心室收缩持续时间显著减少,导致左、右心室收缩的不同步。而反搏动模式通过降低收缩期的转速,显著校正了左心室收缩持续时间,有利于实现左、右心室之间的同步,预防右心室功能障碍。总之,反搏动模式在维持双心室搏动的同步性方面具有优势,而搏动模式则可避免右心室负荷过高,并能提高系统搏动性。其次,研究了双心室辅助装置的辅助模式对心血管系统血流动力学影响。结果表明,定转速辅助虽然能提高心衰患者血液灌注量,但降低了系统的搏动性,且不能根据患者生理状态的改变自动调节泵转速以适应灌注需求。变转速辅助能够在患者活动水平变化时快速响应不同的血液灌注需求,并在患者活动水平变化过程中维持动脉血压、血流的搏动性。此外,变转速辅助能跟随心室收缩和舒张时的特点自动调节泵转速以避免心脏泵反流和心室抽吸。最后,设计了双心室辅助装置的非同步辅助模式,并研究非同步辅助方式对系统的影响。采用泵速的延时以表征非同步性。结果表明,在非同步辅助下,随着泵转速在心动周期内延时时长的增加,平均泵流量逐渐减小,跨瓣流量逐渐增加,但总心输出量维持在正常水平。原因在于心动周期内泵转速的延时时间越长,则左、右心室的射血持续时间越久,由心室自主泵出的血量就越多。因此,适当延时泵速,使心室保持一定的自主泵血功能从而保持动脉瓣膜有序的开闭,可维持瓣膜的生物活性和预防融合的发生。