Двухступенчатое вспомогательное устройство желудочка для педиатрических пациентов

Введение

Имплантируемые устройства для поддержки желудочков у педиатрических пациентов с левожелудочковой недостаточностью остаются неудовлетворенной медицинской потребностью. Цель данной работы — оценка возможности создания миниатюрного двухступенчатого насоса в качестве левожелудочкового вспомогательного устройства (LVAD) для детей младшего возраста.

Цель

Разработка и оценка эффективности двухступенчатого насоса с конфигурацией рабочих колес "спина к спине" для использования в качестве LVAD у педиатрических пациентов.

Методы

Для проектирования насоса и его привода использовались методы вычислительной гидродинамики (CFD) и конечно-элементного анализа (FEM). Магнитные и гидродинамические свойства осевого и радиального подшипников были проанализированы с учетом характеристик двигателя. Гидравлическая производительность проверялась в потоковом контуре, а параметры гемосовместимости численно оценивались и сравнивались с устройством HeartMate 3.

Результаты

При расчетных условиях (1,5 л/мин и 6400 об/мин) двухступенчатый насос создает давление 58 мм рт. ст. Динамический анализ радиального гидродинамического подшипника показал, что равновесное положение рабочего колеса достигается за счет дополнительной радиальной нагрузки. Осевая сила двигателя оказалась достаточной для балансировки осевых сил. Потери двигателя составили 0,18 Вт, что привело к локальному повышению температуры на 0,4 К. По сравнению с HeartMate 3, двухступенчатый насос продемонстрировал схожие или даже лучшие показатели гемосовместимости при сниженной окружной скорости 3,7 м/с.

Выводы и значимость

Концепция двухступенчатого насоса подтвердила свою жизнеспособность и показала многообещающие результаты для решения медицинской задачи создания имплантируемого LVAD для педиатрических пациентов.

Термины и сокращения

• LVAD (Left Ventricular Assist Device) — левожелудочковое вспомогательное устройство.
• CFD (Computational Fluid Dynamics) — вычислительная гидродинамика.
• FEM (Finite Element Method) — метод конечных элементов.
• HeartMate 3 — современная модель искусственного сердца.