基于CFD的血液溶解研究,使用Kriging替代模型对Fontan腔肺辅助装置进行了研究

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 医疗器械 医疗器械
• 流体动力学 流体动力学

背景情况:

• 使用功率定律模型对血液溶解的数值预测往往显示出很高的可变性.
• 从简化设备的理想化系数导致不准确的血液溶解指数预测.
• 一种基于计算流体动力学 (CFD) 的Kriging代理建模方法被开发出来,用于生成Fontan腔肺辅助器件 (CPAD) 的设备特定的血液溶解系数.

研究的目的:

• 将基于CFD的Kriging代理建模方法应用于CPAD.
• 为CPADs生成设备特定的血液溶解功率定律系数.
• 使用CFD模拟和设备特定系数预测CPAD的血液溶解指数.

主要方法:

• 通过模拟循环测试测量CPAD的血液溶解指数,并使用CFD进行模拟.
• 克里金替代模型被用于基于压力的血液溶解功率定律模型的拉格朗日和欧勒尔公式.
• 来自一个设计的CPAD特定的功率定律系数被用于预测替代设计的修改血解指数 (MIH).

主要成果:

• 使用CPAD特异系数对MIH的CFD预测显示,与替代设计的实验结果相比,准确度有所提高 (欧勒尔的偏差为16%-20%,拉格朗日的偏差为7%-15%).
• 这种方法显著优于理想化的经验系数,导致MIH预测变化高达两倍.
• 该研究表明,CFD预测与对CPAD设计修改的实验测试之间存在良好的相关性.

结论:

• 使用CFD和特定设备系数的权力法方法有效预测CPAD设计修改的MIH.
• 获得的血液溶解功率定律系数对于预测类似旋转血中的血液溶解具有潜在价值.
• 这种方法提高了医疗器械数值血解预测的准确性.