Thiết kế bạc lăn rãnh xoáy nhằm cải thiện hiệu suất tách huyết tương trong máy bơm máu quay

Journal of Artificial Organs
Ming Jiang1, Wataru Hijikata1
1Department of Mechanical Engineering, Tokyo Institute of Technology, 2-12-1 Ookayama, Meguro-ku, Tokyo 152-8550, Japan

Tóm tắt

Tóm tắtTách huyết tương hiệu quả cao có triển vọng giúp ngăn ngừa hiện tượng tan máu bên trong các bạc lăn rãnh xoáy (SGBs) nhờ khả năng loại bỏ tế bào hồng cầu ra khỏi khoảng rãnh bằng một lực cắt lớn. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào chỉ ra thiết kế hình dáng của SGBs để cải thiện tách huyết tương. Do đó, nghiên cứu này đã đề xuất và áp dụng một chiến lược thiết kế rãnh nhằm phát triển một SGB tối ưu để nâng cao tách huyết tương trong máy bơm máu quay (RBP). Ban đầu, chúng tôi đề xuất chiến lược thiết kế rằng hình dạng của rãnh cho việc cải thiện tách huyết tương tương ứng với hướng dòng máu trong khoảng rãnh. Thứ hai, chúng tôi đã hình dung dòng tế bào trong một RBP được thiết kế đặc biệt để xác định hướng dòng máu, điều này hữu ích cho việc thiết kế SGB sau đó. Tiếp theo, chúng tôi đã tạo ra một SGB để cung cấp tách huyết tương vượt trội và áp dụng nó vào RBP thí nghiệm. Chúng tôi đã đánh giá hiệu quả tách huyết tương của SGB ở các tốc độ quay từ 2400 đến 3000 vòng/phút và điều kiện hematocrit trong khoảng từ 1% đến 40%. Ở mức hematocrit 1%, hiệu quả tách huyết tương cho toàn bộ SGB lớn hơn 95%. Trong tất cả các điều kiện hematocrit, hiệu quả tại các rãnh trong của SGB lớn hơn 80%. Kết quả cho thấy SGB được thiết kế đã tạo ra hiệu quả tách huyết tương xuất sắc trong các khoảng rãnh. Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên đề xuất và áp dụng chiến lược thiết kế hình dạng để tạo ra tách huyết tương xuất sắc trong một SGB. Nghiên cứu này có thể góp phần vào việc ngăn ngừa hiện tượng tan máu trong SGB nhằm sử dụng trong các RBP.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Kosaka R, Yada T, Nishida M, Maruyama O, Yamane T. Geometric optimization of a step bearing for a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump for the reduction of hemolysis. Artif Organs. 2013;37:778–85.

Kishimoto S, Takewa Y, Tsukiya T, Mizuno T, Date K, Sumikura H, et al. Novel temporary left ventricular assist system with hydrodynamically levitated bearing pump for bridge to decision: initial preclinical assessment in a goat model. J Artif Organs. 2017;21:23–30.

Gu L, Eliott G, Jurg S. A review of grooved dynamic gas bearings. Appl Mech Rev. 2020. https://doi.org/10.1115/1.4044191.

Kink T, Helmut R. Concept for a new hydrodynamic blood bearing for miniature blood pumps. Artif Organs. 2004;28:916–20.

Chan WK, Ooi KT, Loh YC. Numerical and in vitro investigations of pressure rise in a new hydrodynamic blood bearing. Artif Organs. 2007;31:434–40.

Han Q, Zou J, Ruan X, Fu X, Yang H. A novel design of spiral groove bearing in a hydrodynamically levitated centrifugal rotary blood pump. Artif Organs. 2012;36:739–46.

Amaral F, Groß HS, Timms D, Egger C, Steinseifer U, Schmitz RT. The spiral groove bearing as a mechanism for enhancing the secondary flow in a centrifugal rotary blood pump. Artif Organs. 2013;37:866–74.

Murashige T, Kosaka R, Sakota D, Nishida M, Kawaguchi Y, Yamane T, et al. Evaluation of a spiral groove geometry for improvement of hemolysis level in a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump. Artif Organs. 2015;39:710–4.

Kosaka R, Nishida M, Maruyama O, Yambe T, Imachi K, Yamane T. Effect of a bearing gap on hemolytic property in a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump with a semi-open impeller. Bio-Med Mater Eng. 2013;23:37–47.

Yamane T, Maruyama O, Nishida M, Kosaka R, Sugiyama D, Miyamoto Y, et al. Hemocompatibility of a hydrodynamic levitation centrifugal blood pump. J Artif Organs. 2007;10:71–6.

Kosaka R, Sakota D, Nishida M, Maruyama O, Yamane T. Improvement of hemolysis performance in a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump by optimizing a shroud size. J Artif Organs. 2021;24:157–63.

Leslie LJ, Marshall LJ, Devitt A, Hilton A, Tansley GD. Cell exclusion in Couette flow: evaluation through flow visualization and mechanical forces. Artif Organs. 2013;37:267–75.

Murashige T, Kosaka R, Sakota D, Nishida M, Kawaguchi Y, Yamane T et al. Evaluation of erythrocyte flow at a bearing gap in a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump. Proc. IEEE EMBC 2015;270–3

Murashige T, Sakota D, Kosaka R, Nishida M, Kawaguchi Y, Yamane T, et al. Plasma skimming in a spiral groove bearing of a centrifugal blood pump. Artif Organs. 2016;40:856–66.

Sakota D, Kondo K, Kosaka R, Nishida M, Maruyama O. Plasma skimming efficiency of human blood in the spiral groove bearing of a centrifugal blood pump. J Artif Organs. 2021;24:126–34.

Jiang M, Sakota D, Kosaka R, Hijikata W. Analysis of plasma skimming within a hydrodynamic bearing gap for designing spiral groove bearings in rotary blood pumps. Proc. IEEE EMBC 2019;1213–17

Jiang M, Sakota D, Kosaka R, Hijikata W. Impact of gap size and groove design of hydrodynamic bearing on plasma skimming effect for use in rotary blood pump. J Artif Organs. 2022;25:195–203.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Artificial Organs

Thông tin tác giả