Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát triển Inspired Therapeutics Pediatric VAD: Phân tích và Đặc trưng Hệ thống VAD V3
Tóm tắt
Bệnh nhân suy tim ở trẻ em vẫn đang cần một giải pháp hỗ trợ tuần hoàn cơ học (MCS) chuyên biệt, trong khi các nỗ lực phát triển thiết bị dành riêng cho trẻ em tiếp tục tụt hậu so với dân số trưởng thành. Inspired Pediatric VAD đang được phát triển như một giải pháp MCS dành riêng cho trẻ em nhằm cung cấp hỗ trợ tuần hoàn hoặc hô hấp lên đến 30 ngày trong một gói mô-đun nhỏ gọn, cho phép bệnh nhân có thể di chuyển trong quá trình điều trị. Hiệu suất thủy động (lưu lượng, áp suất), các thuộc tính cơ học của cánh quạt/rotor (mô-men xoắn, lực), và phân bố ứng suất cắt và thời gian lưu lượng của phiên bản thiết kế mới nhất, Inspired Pediatric VAD V3, đã được dự đoán và nghiên cứu thông qua mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) (SolidWorks Flow Simulator). Hiệu suất thủy động đã được dự đoán một cách số học, cho thấy không có sự thay đổi về lưu lượng và áp suất đầu so với thiết kế thiết bị trước đó (V2), trong khi hiển thị mô-men xoắn cánh quạt/rotor và lực dịch chuyển tăng lên nhờ vào hình dáng được cải tiến. Phân bố ứng suất cắt và thời gian lưu lượng thể tích được trình bày trên một loạt tốc độ quay bơm và lưu lượng. Tại điểm hoạt động thấp nhất của bơm (3000 RPM, 0.50 L/phút, 75 mmHg), 79% thể tích bơm nằm trong vùng ứng suất cắt 0–10 Pa với < 1% thể tích trong vùng nguy hiểm 150–1000 Pa cho tổn thương máu. Tại tốc độ và lưu lượng cao hơn (5000 RPM, 3.50 L/phút, 176 mmHg), 65% thể tích nằm trong vùng 0–10 Pa so với 2.3% ở 150–1000 Pa. Sự mô phỏng tính toán ban đầu của Inspired Pediatric VAD V3 là đáng khích lệ và công việc trong tương lai sẽ bao gồm thử nghiệm nguyên mẫu thiết bị trong một vòng tuần hoàn giả lập và mô hình động vật lớn cấp tính.
Từ khóa
#suy tim ở trẻ em #hỗ trợ tuần hoàn cơ học #thiết bị y tế #mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán #thiết kế y tếTài liệu tham khảo
Alemu, Y., and D. Bluestein. Flow-induced platelet activation and damage accumulation in a mechanical heart valve: numerical studies. Artif. Org. 31(9):677–688, 2007.
Berg, N., L. Fuchs, and L. Prahl Wittberg. Flow characteristics and coherent structures in a centrifugal blood pump. Flow Turbul. Combust. 102(2):469–483, 2019.
Burki, S., and I. Adachi. Pediatric ventricular assist devices: current challenges and future prospects. Vasc. Health Risk Manag. 13:177–185, 2017.
Caballero, A. D., and S. Laín. Numerical simulation of non-Newtonian blood flow dynamics in human thoracic aorta. Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng. 18(11):1200–1216, 2015.
Carlos Álvarez, M., W. Vicente, F. Solorio, E. Mancilla, M. Salinas, and V. R. Zenit. A study of the Taylor-Couette flow with finned surface rotation. J. Appl. Fluid Mech. 12(5):1371–1382, 2019.
Colvin, M., et al. OPTN/SRTR 2015 annual data report. Heart Am. J. Transplant. 17:286–356, 2017.
Crow, S., et al. Acquired von Willebrand syndrome in continuous-flow ventricular assist device recipients. Ann. Thorac. Surg. 90(4):1263–1269, 2010.
Dipchand, A. I., et al. The registry of the international society for heart and lung transplantation: eighteenth official pediatric heart transplantation report - 2015; focus theme: early graft failure. J. Heart Lung Transplant. 34(10):1233–1243, 2015.
Eymard, R., T. Gallouët, and R. Herbin. Finite volume methods. Handb. Numer. Anal. 7(December):713–1018, 2000.
Fraser, K. H., et al. The effect of impeller position on CFD calculations of blood flow in magnetically levitated centrifugal blood pumps. In: ASME 2010 Summer Bioengineering Conference, SBC 2010, 2010, no. PARTS A AND B, pp. 119–120.
Fraser, K. H., M. E. Taskin, B. P. Griffith, and Z. J. Wu. The use of computational fluid dynamics in the development of ventricular assist devices. Med. Eng. Phys. 33(3):263–280, 2011.
Fraser, K. H., T. Zhang, M. E. Taskin, B. P. Griffith, and Z. J. Wu. A quantitative comparison of mechanical blood damage parameters in rotary ventricular assist devices: shear stress, exposure time and hemolysis index. J. Biomech. Eng. 134(8):1–11, 2012.
Frêne, J., D. Nicolas, B. Degueurce, D. Berthe, and M. B. T.-T. S. Godet, eds. Chapter 11—Superlaminar flow regimes. In: Hydrodynamic Lubrication, vol. 33, Elsevier, 1990, pp. 347–386.
Garon, A., and M. I. Farinas. Fast three-dimensional numerical hemolysis approximation. Artif. Org. 28(11):1016–1025, 2004.
Hochareon, P., K. B. Manning, A. A. Fontaine, J. M. Tarbell, and S. Deutsch. Correlation of in vivo clot deposition with the flow characteristics in the 50 cc Penn State Artificial Heart: a preliminary study. ASAIO J. 50(6):537–542, 2004.
Körfer, S., S. Klaus, and K. Mottaghy. Application of Taylor vortices in hemocompatibility investigations. Int. J. Artif. Org. 26(4):331–338, 2003.
Ng, J. H., R. K. Jaiman, and T. T. Lim. Interaction dynamics of longitudinal corrugations in Taylor-Couette flows. Phys. Fluids. 30(9):093601, 2018.
Nishida, M., T. Yamane, and B. Asztalos. Washout hole flow measurement for the development of a centrifugal blood pump. Artif. Org. 22(5):386–392, 1998.
Reay, D., C. Ramshaw, and A. B. T.-P. I. Harvey, eds. Chapter 5—Reactors. In: Isotopes in Organic Chemistry. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2008, pp. 103–186.
Rezaienia, M. A., G. Paul, E. Avital, M. Rothman, and T. Korakianitis. Computational parametric study of the axial and radial clearances in a centrifugal rotary blood pump. ASAIO J. 64(5):643–650, 2018.
Rossano, J. W., et al. Prevalence, morbidity, and mortality of heart failure-related hospitalizations in children in the United States: a population-based study. J. Card. Fail. 18(6):459–470, 2012.
Shibeshi, S. S., and W. E. Collins. The rheology of blood flow in a branched arterial system. Appl. Rheol. 15(6):398–405, 2005.
Shu, F., R. Tian, S. Vandenberghe, and J. F. Antaki. Experimental study of micro-scale Taylor vortices within a co-axial mixed-flow blood pump. Artif. Org. 40(11):1071–1078, 2016.
Sobachkin, A., and G. Dumnov. Numerical basis of CAD-embedded CFD. In: NAFEMS World Congress 2013, 2013, no. February, pp. 1–20.
SOLIDWORKS Flow Simulation: Sliding Mesh. [Online]. https://files.goengineer.com/docs/support/SOLIDWORKS_Flow_Simulation_Sliding_Mesh.pdf. Accessed 16 Mar 2020.
Song, X., A. L. Throckmorton, H. G. Wood, J. F. Antaki, and D. B. Olsen. Computational fluid dynamics prediction of blood damage in a centrifugal pump. Artif. Org. 27(10):938–941, 2003.
Thamsen, B., et al. Numerical analysis of blood damage potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD rotary blood pumps. Artif. Org. 39(8):651–659, 2015.
Thamsen, B., et al. A two-stage rotary blood pump design with potentially lower blood trauma: a computational study. Int. J. Artif. Org. 39(4):178–183, 2016.
Ting, D. S.-K. Chapter 1—Introducing flow turbulence. In: Basics of Engineering Turbulence, edited by D. S.-K. B. T.-B. of E. T. Ting. Academic Press, 2016, pp. 3–18.
Tompkins, L. H., et al. Design and initial computational evaluation of a pediatric MagLev rotary blood pump. ASAIO J. 67:1026, 2020.
Tonks, L. Note on earnshaw’s theorem. Electr. Eng. 59(3):118–119, 1940.
Turitto, V. T., and C. L. Hall. Mechanical factors affecting hemostasis and thrombosis. Thromb. Res. 92(6 SUPPL. 2):25–31, 1998.
White, F. M. Fluid Mechanics. New York: McGraw-Hill, 1999.
Wiegmann, L., et al. Blood pump design variations and their influence on hydraulic performance and indicators of hemocompatibility. Ann. Biomed. Eng. 46(3):417–428, 2018.
Wootton, D. M., and D. N. Ku. Fluid mechanics of vascular systems, diseases, and thrombosis. Annu. Rev. Biomed. Eng. 1:299–329, 1999.
Wu, J., B. E. Paden, H. S. Borovetz, and J. F. Antaki. Computational fluid dynamics analysis of blade tip clearances on hemodynamic performance and blood damage in a centrifugal ventricular assist device. Artif. Org. 34(5):402–411, 2010.
Zhang, J., et al. Computational and experimental evaluation of the fluid dynamics and hemocompatibility of the centrimag blood pump. Artif. Org. 30(3):168–177, 2006.
Zhang, J., et al. Optimization of a miniature Maglev ventricular assist device for pediatric circulatory support. ASAIO J. 53(1):23–31, 2007.