不同血流模式对血液动力学环境的影响,血栓形成风险和氧化器的氧气运输:一个数值模拟研究
Xingji Fu1, Xiaofang Yang2, Feilong Hei2
1Key Laboratory of Biomechanics and Mechanobiology (Beihang University), Ministry of Education; Key Laboratory of Innovation and Transformation of Advanced Medical Devices, Ministry of Industry and Information Technology; National Medical Innovation Platform for Industry-Education Integration in Advanced Medical Devices (Interdiscipline of Medicine and Engineering); School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, Beijing, 100191, China.
氧化器中的脉冲性流动可以增强氧气的运输,但会增加血栓形成的风险. 较高的振幅流放大了这些效应,而频率对血液动力学性能的影响最小.
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
- 心血管生理学心血管生理学
背景情况:
- 脉动性血流可能比ECMO中的非脉动性血流在血液动力学能量传递和微循环 perfusion 中具有优势.
- 了解氧化器中的流动动力学对于优化患者的治疗结果至关重要.
研究的目的:
- 系统地评估不同血流模式 (脉动性与非脉动性) 如何影响血液动力学环境,血栓形成风险和氧气传输在氧化器内.
- 分析不同脉冲流频率和幅度对这些参数的影响.
主要方法:
- 计算流体动力学 (CFD) 模拟用于建模QUADROX-i成人氧化器.
- 模拟包括一个非脉动性和九个脉动性流量条件,其频率和幅度各不相同.
- 使用流静止 (ART) 和高凝血性 (C[FXIa]),以及氧气运输 (PO2) 和动态血液体积 (DBV) 来评估血栓形成风险.
主要成果:
- 在过渡区域观察到速度分布不均,特别是在入口和出口附近,而气体交换区域显示出均的低速度.
- 最高的血栓形成风险 (ART,C[FXIa]) 和氧气运输 (PO2) 在出口附近局部化.
- 与非脉动性相比,脉动性流量增加了周期平均ART,C[FXIa]和PO2,同时降低了DBV. 更高的振幅显著放大了这些效应,而频率的影响最小.
结论:
- 氧化器的流量模式的特点是过渡区的不均,由更高的流速加剧.
- 脉冲性流动增强了氧气运输,但增加了血栓形成的风险;更高的振幅加剧了这两种效应.
- 优化脉动性流量参数,特别是振幅,是平衡改善氧化的关键,以减少ECMO中的血栓性并发症.
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