Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

طراحی و شبیه‌سازی جریان خون درون پمپ سانتریفیوژ کمک بطنی چپ با محفظه‌های حلزونی تک‌گانه و دوگانه

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی تبریز، تبریز، ایران

10.22041/ijbme.2025.2063734.1987
چکیده
در سال‌های اخیر، با توجه به افزایش شیوع بیماری‌های قلبی و نیاز به دستگاه‌های کمکی برای حفظ عملکرد مناسب قلب، طراحی‌های نوین در پمپ‌های کمک قلبی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این امر نیاز به تجهیزات کمکی برای حمایت از عملکرد قلب را ضروری کرده است. پمپ‌های کمک‌بطنی یکی از راهکارهای مؤثر در این زمینه هستند که بایستی نیازهای بیولوژیکی بدن از جمله فشار و دبی خون مناسب را تأمین نماید. علاوه بر این، طراحی این پمپ‌ها باید به گونه‌ای باشد که میزان آسیب‌های خونی را در محدوده‌ای ایمن نگه دارد. از جمله چالش‌های اساسی در طراحی پمپ‌های کمک‌قلبی می‌توان به کاهش ابعاد دستگاه، کاهش زمان ماندگاری خون در داخل پمپ و کاهش آسیب‌های خونی مانند خون‌کافت اشاره کرد. در این پژوهش، طراحی یک پمپ کمک‌بطنی مورد بررسی قرار گرفته است که پروانه آن با استفاده از تئوری گولیچ در نرم‌افزارهای CFTurbo2023 و CATIA با قطر 38 میلیمتر طراحی شده است. پروانه طراحی شده در این مطالعه دارای قطری معادل ۲۷٪ کوچکتر از نمونه‌های گزارش شده در مطالعات پیشین است؛ این کاهش قطر به کاهش کلی ابعاد پمپ منجر شده و امکان استفاده از آن در کاربردهای با محدودیت ابعادی، مانند پمپ‌های کمک‌قلبی قابل کاشت را فراهم می‌سازد. علاوه بر این، محفظه پمپ در دو پیکربندی حلزونی تک‌‌گانه و حلزونی دوگانه طراحی شده و مقایسه گردیده است. این پمپ‌ها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در سرعت دورانی ۲۵۰۰ دور در دقیقه و دبی ۵ لیتر بر دقیقه شبیه‌سازی شده است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که در محفظه حلزونی دوگانه، مقدار میانگین سطحی تنش برشی 7/21 درصد و میزان خون‌کافت 2/22 درصد نسبت به محفظه حلزونی تک‌گانه کاهش یافته است که نشان‌دهنده عملکرد هیدرودینامیکی بهینه و آسیب‌های خونی کمتر در این طراحی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Design and Simulation of Blood Flow in a Left Ventricular Assist Centrifugal Pump with Single and Double Volute Casings

نویسندگان English

Nasser Alizadeh 1
Hanieh Niroomand-Oscuii 2
Farzan Ghalichi 2
1 Ph.D. Student, Department of Biomedical Engineering, Tabriz University of Technology, Tabriz, Iran
2 Professor, Department of Biomedical Engineering, Tabriz University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده English

In recent years, with the increasing prevalence of cardiovascular diseases and the growing demand for mechanical circulatory support devices, novel designs of ventricular assist devices (VADs) have received significant attention. These devices must not only meet the physiological requirements of the body—such as providing adequate blood flow and pressure—but also minimize blood trauma to ensure hemocompatibility. Key challenges in the development of VADs include reducing the overall device size, minimizing blood residence time within the pump, and lowering hemolysis levels. This study investigates the design of a centrifugal VAD featuring an impeller with a diameter of 38 mm, designed using the Gulich method in CFTurbo 2023 and CATIA. The impeller diameter is approximately 27% smaller than those reported in previous studies, contributing to an overall reduction in pump size and enabling its application in space-constrained environments, such as implantable heart assist devices. Two different volute configurations—single volute and double volute—were designed and compared. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were conducted at a rotational speed of 2500 rpm and a flow rate of 5 L/min. The results of this study demonstrate that in the double volute configuration, the average shear stress decreased by 21.7% and the hemolysis index was reduced by 22.2% compared to the single volute design. These improvements indicate a more optimized hemodynamic performance and reduced blood damage in the double volute configuration, highlighting its potential for safer and more efficient ventricular assist device applications.

کلیدواژه‌ها English

Ventricular Assist Device
Centrifugal Pump
Hemolysis
Shear Stress
Heart Failure
Single Volute Casing
Double Volute Casing
دوره 19، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 221-230

  • تاریخ دریافت 26 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 25 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 25 آبان 1404