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。
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。
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。
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)
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)
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
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)
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