Целью этого исследования является определение влияния типа клапана на процесс тромбообразования при работе насоса крови пульсирующего типа на основании результатов CFD-моделирования. Моделирование пульсирующего кровотока проводилось в объемной постановке в системе конечно-элементного анализа ANSYS/Flotran v.12. Объем ударного выброса системы составляет 30?мл. Частота сердечных сокращений – 75?уд/мин. Моделирование проводилось с двумя коммерчески доступными в России моделями механических клапанов сердца: двустворчатым модели «ADM-17Su» (НПП МедИнж, Россия) и одностворчатым модели «ADM17» (ООО «Роскардиоинвест», Россия). В?результате моделирования оценивались такие параметры гемодинамики, как скорость и давление потока внутри камеры насоса крови, кинетическая энергия турбулентности, скорость диссипации, касательные напряжения Рейнольдса. Полученные результаты позволили определить влияние типа клапана и его ориентации на процесс тромбообразования, выбрать тип клапана для дальнейшего применения, изготовить прототип системы вспомогательного кровообращения для проведения дальнейших исследований с использованием метода оптической визуализации потока.
The purpose of this study is to determine the effect of the type of valve in the process of thrombus formation at the pump is pulsating blood type on the basis of CFD-modeling. Modelling of the pulsating blood flow carried in bulk in the formulation of the finite element analysis ANSYS?/ Flotran v.12. The volume of stroke volume of 30?mL. The heart rate – 75?beats/min. The simulation was performed with two commercially available models in Russia mechanical heart valves: bicuspid model «ADM-17Su» (NPP MedInd, Russia) and single leaf models «ADM17» (LLC «Roscardioinvest», Russia). The simulation evaluated hemodynamic parameters such as speed and pressure of the flow within the chamber to pump blood, turbulent kinetic energy, dissipation rate, shear stresses Reynolds. The results obtained allowed to determine the impact of the type of valve and its focus on the process of thrombosis, select the type of valve for future use, produce a prototype system circulatory support for further research using the method of optical flow visualization.
1. Беляев Л.В., Жданов А.В., Куликов Н.И. Экспериментальные исследования имплантируемой системы вспомогательного кровообращения пульсирующего типа на базе вентильного двигателя и мембранного насоса крови // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1. – С. 676–681.
2. Министерство здравоохранения Российской Федерации: Статистический отчет. – М., 2012.
3. Apel J., Neudel F., Reul H. Computational fluid dynamics and experimental validation of a miсroaxial blood pump // ASAIO J. – 2001. – № 47. – Р. 552–558.
4. Avrahami I., Rosenfeld M., Einav S. The hemodynamics of the Berlin pulsatile VAD and the role of its MHV configuration // Ann. .Biomed. Eng. – 2006. – № 34. – Р. 1373–1388.
5. Belyaev L.V., Zhdanov A.V. Computer modeling in the development of artificial ventricles of heart. Vestn // Transplant. Iskusstv. Organ. – 2011. – № 13. – Р. 97–100.
6. Belyaev L.V., Ivanchenko A.B., Zhdanov A.V., Moro zov V.V. Mathematical Modeling of Hemodynamic Characteristics of Pumps for Pulsatile Circulatory Support Systems // Biomedical Engineering. – 2015. – № 49. – Р. 24–28.
7. CJSC NPP «MedInzh». 2015. Artificial heart valve. [ONLINE] Available at:http://medeng.ru. [Accessed 02 June 15].
8. Deutsch S., Tarbell J.M., Manning K.B., Rosenberg G., Fontaine A.A. Experimental Fluid Mechanics of Pulsatile Artificial Blood Pumps // Annu. Rev. Fluid Mech. – 2006. – № 38. – Р. 65–86.
9. Lamson T.C., Rosenberg G., Geselowitz D.B., De utsch S., Stinebring D.R., Frangos J.A., Tarbell J.M. Relative blood damage in the three phases of a prosthetic heart valve flow cycle // ASAIO J. – 1993. – № 39. – Р. M626–33.
10. LLC «Roskardioinvest». 2015. The mechanical ’MIKS’ heart valves. [ONLINE] Available at:http://roscardioinvest.ru/eng/index.php?id_subpart=10. [Accessed 02 June 15].
11. Morozov V.V. (ed.) Synthesis of Artificial Heart Ventricle with Specified Hemodynamic Characteristics. – Vladimir: Vladimir State University Press, 2007.
12. Okamoto K., Hashimoto T., Mitamura Y. Design of a miniature implantable left ventricular assist device using CAD/CAM technology // IJAO. – 2003. – № 6. – Р. 162–167.
13. Throckmorton A.L., Untaroiu A., Allaire P.E., et al. Computational analysis of an axial flow pediatric ventricular assist device // Artif. Organs. – 2004. – № 28. – Р. 881–891.
14. Yoganathan A.P., Wick T.M., Reul H. The influence of flow characteristics of prosthetic valves on thrombus formation. In: Butchart E.G., Bodnar E., eds. Thrombosis, Embolism and Bleeding 1st ed. – London: ICR, 1992. – Р. 123–48.