使用多物理模拟优化NIV面膜设计

2020年8月13日

无创通气(NIV)掩盖通过连续阳性气道压力(CPAP)为患有呼吸窘迫的患者提供空气。意大利的一家研究公司Polibrixia着手使用多物理学模拟设计和优化针对CPAP和NIV通风患者的Oronasal面膜。他们的目标?在与Covid-19的全球斗争中提供更多的呼吸设备。

NIV面具:全球挑战期间的设计挑战

大约5%的受呼吸道疾病患者Covid-19需要在重症监护病房和通风援助中同时住院。但是,在发生激增的地区的医院COVID-19的传播通常达到能力并经验有限的机械呼吸器。此外,呼吸机会引起不良和长期副作用,因此一种无创的替代方法可能会让患者在道路上麻烦。

由Polibrixia以Comsol多物理模型建模的非侵入性通风掩膜。
在ComsolMultiphysics®中对NIV面膜的模拟。图像提供圆锥形。

NIV面罩为Covid-19患者提供了一种非侵入性监测和通风,从而减少了对呼吸机等机械呼吸器的需求。有效地设计NIV面罩以最大程度地限制严格的时间限制,Davide Fausti,Maurizio Mor和Massimo Antonini来自意大利Polibrixia,Comsol认证顾问,使用了ComsolMultiphysics®软件的结构和流体流量功能。

NIV面罩的结构分析

Polibrixia的NIV面膜的主体由一种聚碳酸酯材料Makrolon®2658组成。该材料的技术规范表仅包括与收益点有关的数据,但不包括在收益点到断裂点之后的扩展。

研究人员需要了解材料的构成。至确定强度和耐用性,他们在COMSOL多物理学中进行了应力 - 应变分析。

模拟结果显示了NIV面膜体和聚碳酸酯材料的应力应变曲线。
NIV面膜体(左)和聚碳酸酯材料(右)的应力应变分析。图像提供的polibrixia。

CFD和通过NIV面罩对气流进行运输分析

NIV面膜的主要用途之一是增加肺和动脉中氧的二压。从系统的圆柱体中输送的每升氧气与环境空气混合在一起,并在面膜的氧气中增加了3-4%的分数浓度。

该团队使用CFD建模以各个百分比的形式了解氧气混合物的流动,并模拟不同的气流情况,并看到掩模附近的气流速度范围。

仿真结果显示了用于COVID-19治疗的NIV面膜中的药物剂量水平。
具有NIV面膜的患者的模型接受药物治疗。
通过以Comsol多物理学建模的NIV掩模的药物剂量。

NIV面膜中药物剂量水平的CFD仿真结果。图像提供的polibrixia。

NIV面膜设置还用于分配用于治疗Covid-19患者的药物剂量。通过对传输现象进行建模,团队可以在面膜的面部成分中找到客观的规则扩散,评估NIV系统中的药物剂量,并分析来自空气流出的药物流速。

设计挽救生命的设备

响应全球Covid-19危机需要高级工具,但为此类项目创建原型是不可行的,尤其是在有限的时间和资源时期。多物理模拟可用于模拟NIV面膜系统中涉及的所有物理学,帮助Polibrixia等公司将挽救生命的设备提前推向市场,并降低开发成本。

Makrolon是Bayer Aktiengesellschaft Corporation的注册商标。


评论(4)

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Chi Hoon Park
Chi Hoon Park
2020年8月17日

尊敬的克里斯托弗,谢谢您提供的信息。Comsol中是否有人脸模型或身体模型?

布莱恩·克里斯托弗(Brianne Christopher)
布莱恩·克里斯托弗(Brianne Christopher)
2021年3月15日

嗨,chi hoon,

感谢您的评论。该模型目前尚不可用,因为它来自客户研究。

最好的,
布莱恩

穆罕默德·苏勒曼
穆罕默德·苏勒曼
2020年8月17日

很好,但是相应的数学模型,初始条件和边界条件在哪里。

布莱恩·克里斯托弗(Brianne Christopher)
布莱恩·克里斯托弗(Brianne Christopher)
2021年3月15日

嗨,穆罕默德,

感谢您的评论。该模型目前尚不可用,因为它来自客户研究。

最好的,
布莱恩

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