НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o268.pdf (1587.37Кб)

УДК 532.5; 612.13

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана НИЦ "Курчатовский институт"

Объектом исследования является входной аппарат искусственного желудочка сердца, а именно входная канюля и спрямляющий аппарат.
Цель работы – выявить особенности потока крови в области входного аппарата искусственного желудочка сердца. Математическое моделирование проводится в комплексе вычислительной гидродинамики в стационарной постановке.
Проведен анализ существующих подходов к численному и натурному экспериментам при проектировании искусственных желудочков сердца роторного типа. Выявлены особенности каждого подхода для дальнейшего применения их на практике. В работе представлена оригинальная конструкция разрабатываемого гидравлического стенда для верификации результатов математического моделирования. Анализ работ зарубежных авторов показал, что проектированию смежных с насосом узлов искусственного желудочка сердца уделено недостаточно внимания. Вторая часть работы посвящена непосредственно математическому моделированию входного аппарата искусственного желудочка сердца. В ходе исследования рассматривались спрямляющие аппараты с тремя и четырьмя лопатками. Математическое моделирование выявило наличие потенциально опасных застойных зон и существенной несимметрии потока на выходе из входного аппарата. Установленные особенности необходимо должны учитываться при проектировании насосов искусственных желудочков сердца. В дальнейшем планируется использовать полученные данные для создания параметрической модели ротора и диффузора с учетом установленных особенностей.

1. Milano C.A., Simeone A.A. Mechanical circulatory support: devices, outcomes and complications // Heart Failure Reviews. 2013. Vol. 18, no. 1. P. 35-53.
2. Agarwal S., High K.M. Newer-generation ventricular assist devices // Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology. 2012. Vol. 26, no. 2. P. 117-130. DOI:10.1016/j.bpa.2012.01.003
3. Hetzer R., Hennig E. Mechanical Circulatory Support Systems // In: Springer Handbook of Medical Technology / ed. by R. Kramme, K.-P. Hoffmann, R.S. Pozos. Springer Berlin Heidelberg, 2011. С . 723-748. DOI:10.1007/978-3-540-74658-4_36
4. Богданова Ю.В., Гуськов А.М. Особенности проектирования устройства искусственного желудочка сердца: обзор работ // Наука и образование. МГТУ им . Н . Э . Баумана . Электрон . журн . 2014. № 3. С . 1 62 -187. DOI:10.7463/0314.0705250
5. Kamdar F., John R. Surgical Mechanical Circulatory Support // In: Coronary Heart Disease / ed. by Z. Vlodaver, R.F. Wilson, D.J. Garry. Springer US, 2012. С . 455-469. DOI:10.1007/978-1-4614-1475-9_26
6. Apel J., Neudel F., Reul H. Computational fluid dynamics and experimental validation of a microaxial blood pump //ASAIO Journal. 2001. Vol. 47, no. 5. P. 552-558. DOI:10.1097/00002480-200109000-00031
7. Palacios I.F. Left ventricular assistant device impella 2.5 usage for patients undergoing high risk PCI // Catheterization and Cardiovascular Interventions. 2012. Vol. 79, no. 7. P. 1135-1137.
8. O’Neill W.W., Schreiber T., Wohns D.H.W., Rihal C., Naidu S.S., Civitello A.B., Dixon S.R., Massaro J.M., Maini B., Ohman E.M. The Current Use of Impella 2.5 in Acute Myocardial Infarction Complicated by Cardiogenic Shock: Results from the USpella Registry // Journal of Interventional Cardiology. 2014. Vol. 27, no. 1. P. 1-11. DOI:10.1111/joic.12080
9. Sibbald M., Dzavik V. Severe hemolysis associated with use of the impella LP 2.5 mechanical assist device // Catheterization and Cardiovascular Interventions. 2012. Vol. 80, no. 5. P. 840-844. DOI:10.1002/ccd.24280
10. John R. Current axial-flow devices—the HeartMate II and Jarvik 2000 left ventricular assist devices // Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2008. Vol. 20, no. 3. P. 264-272. DOI:10.1053/j.semtcvs.2008.08.001
11. Araki K., Taenaka Y., Masuzawa T., Tatsumi E., Wakisaka Y., Watari M., Nakatani T., Akagi H., Baba Y., Anai H., Park Y.H., Eya K. A flow visualization study of the NCVC centrifugal blood pump // Artificial Organs. 1994. Vol. 18, no. 9. P. 669-672. DOI:10.1111/j.1525-1594.1994.tb03397.x
12. Mizunuma H., Nakajima R. Experimental study on shear stress distributions in a centrifugal blood pump //Artificial Organs. 2007. Vol. 31, no. 7. P. 550-559. DOI:10.1111/j.1525-1594.2007.00421.x
13. Wu Z.J., Gottlieb R.K., Burgreen G.W., Holmes J.A., Borzelleca D.C., Kameneva M.V., Griffith B.P., Antaki J.F. Investigation of fluid dynamics within a miniature mixed flow blood pump // Experiments in Fluids. 2001. Vol. 31, no. 6. P. 615-629. DOI:10.1007/s003480100308
14. Horie M., Yamamura K. Visualization of main and leakage flow in magnetically suspended centrifugal blood pump // Journal of Visualization. 2012. Vol. 15, no. 4. P. 353-361. DOI:10.1007/s12650-012-0137-y
15. Chua L.P., Ong K.S., Song G. Study of Velocity and Shear Stress Distributions in the Impeller Passages and the Volute of a Bio ‐ centrifugal Ventricular Assist Device // Artificial Organs. 2008. Vol. 32, no. 5. P. 376-387. DOI:10.1111/j.1525-1594.2008.00556.x
16. Ahmed S., Funakubo A., Sakuma I., Fukui Y., Dohi T. Experimental study on hemolysis in centrifugal blood pumps: improvement of flow visualization method // Artificial Organs. 1999. Vol. 23, no. 6. P. 542-546. DOI:10.1046/j.1525-1594.1999.06399.x
17. Kaufmann T.A.S., Gregory S.D., Büsen M.R., Tansley G.D., Steinseifer U. Development of a Numerical Pump Testing Framework // Artificial Organs. 2014. Vol. 38, no. 9. P. 783-790. DOI:10.1111/aor.12395
18. Triep M., Brücker C., Schröder W., SiessT. Computational Fluid Dynamics and Digital Particle Image Velocimetry Study of the Flow Through an Optimized Micro ‐ axial Blood Pump // Artificial Organs. 2006. Vol. 30, no. 5. P. 384-391. DOI:10.1111/j.1525-1594.2006.00230.x
19. Day S.W., McDaniel J.C., Wood H.G., Allaire P.E., Song X., Lemire P.P., Miles S.D. A prototype HeartQuest ventricular assist device for particle image velocimetry measurements // Artificial Organs. 2002. Vol. 26, no. 11. P. 1002-1005. DOI:10.1046/j.1525-1594.2002.07124.x
20. Yang X., Gui X., Huang H., Shen Y., Yu Z., Zhang Y. Particle image velocimetry experimental and computational investigation of a blood pump // Journal of Thermal Science. 2012. Vol. 21, no. 3. P. 262-268. DOI:10.1007/s11630-012-0543-4
21. Su B., Chua L.P., Lim T.M., Zhou T. Evaluation of the impeller shroud performance of an axial flow ventricular assist device using computational fluid dynamics // Artificial Organs. 2010. Vol. 34, no. 9. P. 745-759. DOI: 10.1111/j.1525-1594.2010.01099.x
22. Zhang Y., Zhan Z., Gui X.-M., Sun H.-S., Zhang H., Zheng Z., Zhou J.-Y., Zhu X.-D., Li G.-R., Hu S.-S., Jin D.-H. Design optimization of an axial blood pump with computational fluid dynamics // ASAIO Journal. 2008. Vol. 54, no. 2. P. 150-155. DOI:10.1097/MAT.0b013e318164137f
23. Untaroiu A., Wood H.G., Allaire P.E., Throckmorton A.L., Day S., Patel S.M., Ellman P., Tribble C., Olsen D.B. Computational design and experimental testing of a novel axial flow LVAD // ASAIO Journal. 2005. Vol. 51, no. 6. P. 702-710. DOI:10.1097/01.mat.0000186126.21106.27