通过多目标优化设计和原型的磁性和水力动力悬浮血通过多目标优化

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 流体动力学 流体动力学

背景情况:

• 心血管疾病是全球死亡的主要原因之一.
• 血或心室辅助装置 (VAD) 在心脏护理中至关重要.
• 优化VAD设计对于改善患者的治疗结果至关重要.

研究的目的:

• 为了提高液压效率并降低VAD中的血液溶解风险.
• 为VAD设计优化开发先进的计算模型.
• 整合一种新的磁悬浮电机,以提高VAD性能.

主要方法:

• 设计了一个定制的电机系统,在15个参数中优化了螺旋几何.
• 使用实验设计 (DOE) 进行了290次模拟.
• 开发了使用Kriging和遗传聚合的响应表面模型 (RSM).
• 采用多目标遗传算法 (MOGA) 进行同时优化.
• 集成了一个磁悬浮电机,消除了机械轴承.

主要成果:

• 实现了出口压力增加11%,平均标尺切割应力减少23%.
• 在最后的优化阶段,基因聚合表现优于Kriging.
• 磁悬浮电机设计减少了摩擦损失,并提高了设备的寿命.

结论:

• 同时管理多个几何因素可显著提高VAD性能.
• 优化的设计可提高液压效率,降低血解风险.
• 磁悬浮电机设计为医疗和制药应用中的VAD提供了一个有希望的,持久的解决方案.