Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №6, 2018 / с. 32-35

Численное моделирование потока крови в роторном насосе для применения в детской кардиохирургии у пациентов, перенесших операцию по Фонтену

Д.В. Телышев, М.В. Денисов, С.В. Селищев


Аннотация

Приведены результаты первого этапа численного моделирования имплантируемого роторного насоса крови, который может быть рекомендован для применения в детской кардиохирургии у пациентов, перенесших операцию по Фонтену. Подготовлены две трехмерные модели насосов, соответствующие центробежному и осевому типам. Для каждой модели были получены расходно-напорные характеристики, оценено влияние геометрии насоса на поток крови в рабочей точке 2,5 л/мин. Для определения зон стагнации получена количественная оценка объема жидкости, где скорость потока лежит в пределах от 0 до 0,1 м/с. На основе распределения линий тока определены области образования вихревого течения. Численное моделирование течения жидкости в насосах выполнялось в программном комплексе вычислительной гидродинамики Fluent ANSYS 19.0.


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Дмитрий Викторович Телышев, канд. техн. наук, доцент, зам. директора, Институт биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Зеленоград, директор, Институт бионических технологий и инжиниринга, ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» Минздрава России, г. Москва,
Максим Валерьевич Денисов, инженер,
Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, директор, Институт биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Зеленоград,

Список литературы

1. Throckmorton A.L., Chopski S.G. Pediatric circulatory support: Current strategies and future directions. Biventricular and univentricular mechanical assistance // ASAIO Journal. 2008. Vol. 54. № 5. PP. 491-497.
2. Russo P., Wheeler A., Russ J., Tobias J.D. Use of a ventricular assist device as a bridge to transplantation in a patient with single ventricle physiology and total cavopulmonary anastomosis // Pediatric Anesthesia. 2008. Vol. 18. № 4. PP. 320-324.
3. Sadeghi A.M., Marelli D., Talamo M., Fazio D., Laks H. Shortterm bridge to transplant using the BVS 5000 in a 22-kg child // Ann. Thorac. Surg. 2000. Vol. 70. № 6. PP. 2151-2153.
4. Selishchev S.V., Telyshev D.V. Ventricular assist device Sputnik: Description, technical features and characteristics // Trends in Biomaterials and Artificial Organs. 2015. Vol. 29. № 3. PP. 207-210.
5. Denisov M.V., Selishchev S.V., Telyshev D.V., Frolova E.A. Development of medical and technical requirements and simulation of the flow-pressure characteristics of the sputnik pediatric rotary blood pump // Biomedical Engineering. 2017. Vol. 50. № 5. PP. 296-299.
6. David L.S. Morales et al. Lessons learned from the first application of the debakey vad child: An intracorporeal ventricular assist device for children // The Journal of Heart and Lung Transplantation. 2005. Vol. 24. № 3. PP. 331-337.
7. Tanner K., Sabrine N., Wren C. Cardiovascular malformations among preterm infants // Pediatrics. 2005. Vol. 116. № 6. PP. 833-838.
8. Jayakumar K.A., Addonizio L.J., Kichck-Chrisant M.R. et al. Cardiac transplantation after the Fontan or Glenn procedure // Journal of the American College of Cardiology. 2004. Vol. 44. № 10. PP. 2065-2072.
9. Gentles T.L., Mayer J.E., Gauvreau K. et al. Fontan operation in five hundred consecutive patients: Factors influencing early and late outcome // Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1997. Vol. 114. № 3. PP. 376-391.
10. Senzaki H., Masutani S., Ishido H. et al. Cardiac rest and reserve function in patients with Fontan circulation // Journal of the American College of Cardiology. 2006. Vol. 47. № 12. PP. 2528-2535.
11. Lacour-Gayet F.G., Lanning C.J., Stoica S., Wang R., Rech B.A., Goldberg S., Shandas R. An artificial right ventricle for failing fontan: In vitro and computational study // Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2009. Vol. 88. № 1. PP. 170-176.
12. Kutty S., Li L., Hasan R., Peng Q., Rangamani S., Danford D.A. Systemic venous diameters, collapsibility indices, and right atrial measurements in normal pediatric subjects // Journal of the American Society of Echocardiography. 2014. Vol. 27. № 2. PP. 155-162.
13. Knobel Z.1., Kellenberger C.J., Kaiser T., Albisetti M., Bergstrдsser E., Buechel E.R. Geometry and dimensions of the pulmonary artery bifurcation in children and adolescents: Assessment in vivo by contrast-enhanced MR-angiography // International Journal of Cardiovascular Imaging. 2011. Vol. 27. № 3. PP. 385-396.
14. Salim M.A., DiSessa T.G., Arheart K.L., Alpert B.S. Contribution of superior vena caval flow to total cardiac output in children: A Doppler echocardiographic study // Circulation. 1995. Vol. 92. № 7. PP. 1860-1865.
15. Cheng C.P., Herfkens R.J., Lightner A.L., Taylor C.A., Feinstein J.A. Blood flow conditions in the proximal pulmonary arteries and vena cavae: Healthy children during upright cycling exercise // American Journal of Physiology Heart Circulation Physiology. 2004. Vol. 287. № 2. PP. 921-926.
16. Ovroutski S., Nordmeyer S., Miera O., Ewert P., Klimes K., Klimes T., Berger F. Caval Flow Reflects Fontan hemodynamics: Quantification by magnetic resonance imaging // Clinical Research in Cardiology. 2012. Vol. 101. № 2. PP. 133-138.
17. Cheng C.P., Herfkens R.J., Taylor C.A., Feinstein J.A. Proximal pulmonary artery blood flow characteristics in healthy subjects measured in an upright posture using MRI: The effects of exercise and age // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2005. Vol. 21. № 6. PP. 752-758.
18. Appleton C.P., Hatle L.K., Popp R.L. Superior vena cava and hepatic vein Doppler echocardiography in healthy adults // Journal of the American College of Cardiology. 1987. Vol. 10. № 5. PP. 1032-1039.
19. Wexler L., Bergel D.H., Gabe I.T., Makin G.S., Mills C.J. Velocity of blood flow in normal human venae cavae // Circulation Research. 1968. Vol. 23. № 3. PP. 349-359.
20. Kovacs G., Berghold A., Scheidl S., Olschewski H. Pulmonary arterial pressure during rest and exercise in healthy subjects: A systematic review // European Respiratory Journal. 2009. Vol. 34. № 4. PP. 888-894.
21. Rowe R.D., James L.S. The Normal Pulmonary Arterial Pressure During the First Year of Life // The Journal of Pediatrics. 1957. Vol. 51. № 1. PP. 1-4.
22. Fowler N.O., Westcott R.N., Scott R.C. Normal Pressure in the Right Heart and Pulmonary Artery // American Heart Journal. 1953. Vol. 46. № 2. PP. 264-267.
23. Lakatta E.G., Mitchell J.H., Pomerance A., Rowe G.G. Human aging: Changes in structure and function // Journal of the American College of Cardiology. 1987. Vol. 10. № 2. PP. 42-47.
24. Telyshev D.V., Denisov M.V., Selishchev S.V. The Effect of Rotor Geometry on the H-Q Curves of the Sputnik Implantable Pediatric Rotary Blood Pump // Biomedical Engineering. 2017. Vol. 50. № 6. PP. 420-424.
25. Telyshev D.V., Denisov M.V., Pugovkin A., Selishchev S.V., Nesterenko I.V. The Progress in the Novel Pediatric Rotary Blood Pump Sputnik Development // Artificial Organs. 2018. Vol. 42. № 4. PP. 432-443.
26. Moazami N., Fukamachi K., Kobayashi M., Smedira N.G., Hoercher K.J., Massiello A., Lee S., Horvath D.J., Starling R.C. Axial and centrifugal continuous-flow rotary pumps: A translation from pump mechanics to clinical practice // The Journal of Heart and Lung Transplantation. 2013. Vol. 32. № 1. PP. 1-11.
27. Chiu W.C., Slepian M.J., Bluestein D. Thrombus formation patterns in the HeartMate II ventricular assist device: Clinical observations can be predicted by numerical simulations // ASAIO Journal. 2014. Vol. 60. № 2. PP. 237-240.
28. Fraser K.H., Zhang T., Taskin M.E. et al. A quantitative comparison of mechanical blood damage parameters in rotary ventricular assist devices: Shear stress, exposure time and hemolysis index // Journal of Biomechanical Engineering. 2012. Vol. 134. № 8.
29. Thamsen B., Blьmel B., Schaller J. et al. Numerical analysis of blood damage potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD rotary blood pumps // Artificial Organs. 2015. Vol. 39. № 8. PP. 651-659.