主题演示视频:使用仿真设计改进的心泵

2018年12月5日

心力衰竭是一种全球健康问题,影响了数百万人,并将它们从日常生活中保持。但是如果有一个可以让患者的心脏抽水,甚至提高他们的生活质量?在2018年COMSOL会议的主题演讲中,来自雅培实验室的Freddy乐动滚球app下载 Hansen讨论了一个可以做到这一点的心脏泵。如果您错过了他的谈话,您可以观看视频录制并阅读下面的摘要。

Freddy Hansen讨论了用于心力衰竭患者的心脏泵设计

设计更好的左心室辅助设备

“最复杂的机器植入了人类” - 这就是Freddy Hansen如何描述了HeartMate 3™左心室辅助装置(LVAD),该泵由Abbott实验室开发的泵,该泵为心力衰竭患者具有磁悬浮转子。在Abbott,汉森的团队致力于改善LVAD设计,以补偿心脏左侧的弱化肌肉,从而避免血液中的血液中的血液,这可能是致命的。虽然其他电子植入物(如起搏器)仅使用微大的电源,但LVAD必须泵送整个血液,因此在10瓦范围内使用大量功率。设计这些装置的其他挑战是它们必须足够小以适应患者的胸部,并成为生物和血液互相困难。解决这些问题,汉森及其团队使用模拟。

使用COMSOLMultiPHYSICS®优化LVAD系统

汉森说,他使用COMSOLMultibySics®软件模拟LVAD系统设计的所有组件。这些部件包括具有磁轴承的电动机,其浮动装置内的转子,以及传感器和其他电子设备,例如电动机控制。由于该系统的每个部分都是寿命持续,因此Abbott工程师需要确保每个组件都是设计的。HeartMate 3™LVAD是系统内部的系统的唯一部分,设备的电源来自电池,并通过患者皮肤的电缆移动。控制器是一个患者接口设备,具有按钮,以帮助监控LVAD的性能(它还包括紧急电池)。

来自雅培实验室的弗雷迪汉森照片2018年波士顿的亚伯特实验室。乐动滚球app下载
来自视频:LVAD系统。LVAD植入胸部,而系统的其余部分位于身体外部。

汉森提供了几个关于他和他的小组如何使用各种建模技术来准确地分析LVAD系统设计的所有组件和多学科相互作用的示例。例如,在设计HeartMate 3™LVAD时,它们创建了一种电动机模型,该电动机模型包含旋转部分中的磁场,围绕芯围绕旋转和浮动转子的多个线圈。让我们来看看下面的一些更多型号。

从控制器和植入物建模传热

在研究LVAD设计时,汉森提出了一个重要问题:皮肤如何靠近控制器有多热?正如他指出的那样,确定控制器很重要设备对抗皮肤的温度,因为如果患者无法删除该设备,如果它变得太热 - 这是让他或她活着的东西!为了找到答案,Abbott研究人员设计了一种带有皮肤,脂肪,肌肉层的生物模型,在控制器的一侧和另一侧的衣物层模拟了热效果。该模型具有长距离血液冷却以及具有传热系数的衣物层上的定制对流冷却。

第二个热模型示例始于问题:组织在植入物旁边有多热?为了回答这一点,研究小组通过逆向工程分析了公布的数据,该实验评估了直播组织的热连接。接下来,它们模拟将LVAD放入水浴中,并将结果与​​基准测试进行比较。(有关如何跟踪电池温度和其他热部件的更多详细信息,您可以观看视频。)

模拟无线电源传输

Abbott团队还看着他们可以用无线动力转移取代经皮的方式 - 这是汉森在行业中称为“圣杯”的目标。如果完成,无线电力传输将降低入口站点的感染风险。改进的设备不仅可以拯救患者的生活,而且通过让患者淋浴和游泳,大大提高了他们的生活质量。为了探索这种可能性,该团队开发了一种3D磁场和0D电路的模型,以评估效率和功率损耗。在这种情况下,添加电路能力非常重要,因为电路和磁线圈很强烈地交互。

利用仿真设计改进心泵的弗雷迪汉森照片。
从视频:无线电力传输模型设计。

评估血细胞流动模拟

汉森通过讨论CFD建模如何帮助团队通过设备跟踪血液流动路径,继续他的主题演讲。通过LVAD的流场在其互动和周期性方面被解决为真正的多体问题。在研究血细胞浓度时,需要考虑剪切应力,因为血液细胞远离更高的剪切应力位置。这种运动会影响血液的粘度,从而影响流场,又剪切应力。

在对其LVAD设计进行定性评估时,研究人员确保没有从转子流回入入口的血液,因为这导致较低的效率和血液损伤的风险较高。汉森还谈到了使用粒子跟踪来计算“洗涤”,这是血细胞留在心脏泵中的时间。他们发现它们可以通过逃脱时间来对粒子进行排序,并使用模拟计算先进的血液损坏。

汉森说,他和雅培的团队使用超过300种设计的设计以及数十种产品和原型。乐动体育app无法登录仿真使它们可以创建优化的LVAD系统并开发EmberMate 3™LVAD以进行实际使用。

到目前为止,骨髓般的LVAD已经节省了35,000多名心力衰竭患者的生命。有些患者继续跑马拉松并参加许多其他体育和活动,但对这些系统来说真的令人印象深刻?他们让心脏跳动和患者活着。

想要了解有关雅培的心脏泵模拟和LVAD系统设计的更多信息吗?看视频这篇文章

Heartmate 3是Abbott集团公司的商标。


评论(1)

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asiimwe junior geoffrey
2019年8月12日

鼓舞人心的文章。这使得生物医学工程成为原始的复杂病症的解决方案。

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