• Title/Summary/Keyword: 원심 혈액 펌프

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Numerical Prediction of Blood Damage in the Clearance Region for a BiVentricular Assist Device (BVAD) (BVAD 틈새 부분에 대한 혈액 손실의 수치적 예측)

  • Sin, D.C.;A., Tan;Jeong, H.E.;Choi, B.K.;Kim, W.C.
    • Journal of Power System Engineering
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    • v.11 no.2
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    • pp.38-43
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    • 2007
  • 전자기적으로 지지되는 임펠러를 가진 원심 혈액 펌프는 기존의 심장 펌프에 비해 많은 장점을 가지고 있지만, BVAD의 틈새에서 발생하는 유체 동역학적인 문제는 여전히 규명이 되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 BVAD의 틈새에서 발생하는 혈액외상(blood trauma)의 예측에 대한 연구에 중점을 두고 있다. 일반적으로 원심 혈액 펌프의 설계를 위해 전자기적으로 지지되는 원심 혈액 펌프의 디스크 틈새에서 발생하는 혈액의 손상을 평가하는 방법으로 CFD를 이용한 방법이 널리 이용되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 초기 원심 혈액 펌프의 설계 단계에서 펌프의 특성을 평가하기 위하여, 축 방향 틈새의 영향과 회전수 변화에 따른 누수경로의 전단 응력의 크기 평가를 CFD를 사용하여 해석하여 보았다.

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Estimation of Blood Flow in a Double Output Centrifugal Blood Pump (원심 혈액 펌프에서의 혈액의 흐름 평가)

  • Sin, D.C.;Andy, Tan;Choi, B.K.;Kim, W.C.
    • Journal of Power System Engineering
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    • v.10 no.4
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    • pp.153-158
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    • 2006
  • 최근 임상용 LVAD의 계속된 발전으로 인해 환자들의 삶이 연장되었다. 그러나 LVAD가 환자의 삶을 연장하였지만, 우심실 심부전증을 야기 시켰고, 결론적으로 환자들은 RVAD가 필요하게 되었다. 이러한 이유로 장시간 사용할 수 있는 BVAD의 도입이 요구 되어졌다. 최근 BVAD에 관련된 연구들을 보면 장시간 사용을 위한 원심 BVAD의 디자인과 BVAD에서의 누수 정도를 파악하는데 목적을 두고 있다. 따라서 본 논문에서는 BVAD의 누수를 파악하기 위한 속도 데이터와 용적당 흐름 비율의 계산을 CFD를 사용하여 해석적으로 조사하고자 하였다. CFD의 해석 결과 틈새부위의 회전수가 증가 할수록 혈액의 흐름을 방해하는 역류가 증가하고 유량도 줄어들어, 틈새부위의 누수량이 회전속도의 변화에 의존된다는 것을 확인 할 수 있었다.

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A Study on Shape Optimization and Hemolysis Evaluation of Axial Flow Blood Pump by Using Computational Fluid Dynamics Analysis (CFD해석을 이용한 축류형 혈액펌프의 용혈평가 및 형상개량에 관한 기초연구)

  • 김동욱;임상필
    • Journal of Biomedical Engineering Research
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    • v.25 no.1
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    • pp.57-64
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    • 2004
  • The non pulsation blood pump is divided into axial flow and centrifugal style according to the direction of inlet and outlet flow. An axial flow blood pump can be made smaller than a centrifugal blood pump because centrifugal pump's rpm is fewer than axial flow pump. Hemolysis is an important factor for the development of an axial flow blood pump. It is difficult to identify the areas where hemolysis occurs. Evaluation of hemolysis both in in-vitro and in-vivo test requires a long-time and more expensive. Computational fluid dynamics(CFD) analysis enables the engineer to predict hemolysis on a computer which just can get not only amount of htmolysis but also location of hemolysis. It takes shorter time and less expensive than in-vitro test. The purpose of this study is to git Computational fluid dynamics in axial flow pump and to verify the accuracy of prediction by the possibility of design comparing CFD results with in-vitro experimental results. Also, wish to figure out the correction method that can bring improvement in shape of axial flow blood pump using CFD analysis.

Hydraulic Design Optimization and Performance Analysis of a Centrifugal Blood Pump (원심형 혈액펌프의 최적화 수력설계 및 성능해석)

  • Park Moo Ryong;Yoo Seong Yeon;Oh Hyoung Woo;Yoon Eui Soo
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.30 no.1 s.244
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    • pp.87-94
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    • 2006
  • This paper presents the hydrodynamic design and performance analysis method for a miniaturized centrifugal blood pump using three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code. In order to obtain the hydraulically high efficient configuration of a miniaturized centrifugal blood pump for cardiopulmonary circulation, a well-established commercial CFD code was incorporated considering detailed flow dynamic phenomena in the blood pump system. A prototype of centrifugal blood pump developed by the present design and analysis method has been tested in the mock circulatory system. Predicted results by the CFD code agree very well with in vitro hydraulic performance data for a centrifugal blood pump over the entire operating conditions. Preliminary in vivo animal testing has also been conducted to demonstrate the hemodynamic feasibility for use of centrifugal blood pump as a mechanical circulatory support. A miniaturized centrifugal blood pump developed by the hydraulic design optimization and performance prediction method presented herein shows the possibility of a good candidate for intra and extracorporeal cardiopulmonary circulation pump in the near future.

An Experimental Setup for Measuring the Performance of Blood Pumps (혈액펌프 성능평가를 위한 실험장치 구성)

  • Kim, Sung-Gil;Hong, Seokbin;Kim, Taehong;Kim, Wonjung;Kang, Seongwon;Kang, Shin-Hyoung;Hur, Nahmkeon
    • The KSFM Journal of Fluid Machinery
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    • v.19 no.6
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    • pp.55-60
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    • 2016
  • We present an experimental setup for measuring the mechanical performance of centrifugal blood pumps. Using a 3D printer to construct supporting parts and magnetic couplings, we developed the measurement setup that can be used for various types of blood pumps. The experimental setup is equipped with sensors to measure a variety of mechanical characteristics of blood pumps including pressure, flow rate, torque, temperature, and rotating speed. Our experimental measurements for two commercial blood pumps are consistent with data provided by manufacturers, which indicates that the our setup offers the accurate measurements of blood pump performance. Utilizing the experimental setup, we tested aqueous glycerin solutions mimicking the density and viscosity of blood, which enabled us to predict the difference in operations using water and blood.

DESIGN OF A CENTRIFUGAL BLOOD PUMP FOR ECMO DEVICE THROUGH NUMERICAL ANALYSES (수치해석을 통한 ECMO용 원심형 혈액 펌프 설계)

  • Choi, S.;Hur, N.;Moshfeghi, M.;Kang, S.;Kim, W.;Kang, S.H.
    • Journal of computational fluids engineering
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    • v.21 no.1
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    • pp.103-109
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    • 2016
  • With the rapid increase in the number of patients with cardiopulmonary diseases, more cardiopulmonary circulatory assist devices are also needed. These devices can be employed when heart and/or lung function poorly. Due to the critical role they take, these devices have to be designed optimally from both mechanical and biomechanical aspects. This paper presents the CFD results of a baseline model of a centrifugal blood pump for the ECMO condition. The details of flow characteristics of the baseline model together with the performance curves and the modified index of hemolysis(MIH) are investigated. Then, the geometry of baseline impeller and the volute are modified in order to improve the biomechanical performance and reduce the MIH value. The numerical simulations of two cases represent that when impeller radius and prime volume decrease the MIH value also decreases. In addition, the modified geometry shows more uniform pressure distribution inside the volute. The findings provide valuable information for further modification and improvement of centrifugal blood pumps from both mechanical and biomechanical aspects.

Application of a Single-pulsatile Extracorporeal Life Support System for Extracorporeal Membrane Oxygenation -An experimental study - (단일 박동형 생명구조장치의 인공폐 적용 -실험연구-)

  • Kim, Tae-Sik;Sun, Kyung;Lee, Kyu-Baek;Park, Sung-Young;Hwang, Jae-Joon;Son, Ho-Sung;Kim, Kwang-Taik;Kim. Hyoung-Mook
    • Journal of Chest Surgery
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    • v.37 no.3
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    • pp.201-209
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    • 2004
  • Extracorporeal life support (ECLS) system is a device for respiratory and/or heart failure treatment, and there have been many trials for development and clinical application in the world. Currently, a non-pulsatile blood pump is a standard for ECLS system. Although a pulsatile blood pump is advantageous in physiologic aspects, high pressure generated in the circuits and resultant blood cell trauma remain major concerns which make one reluctant to use a pulsatile blood pump in artificial lung circuits containing a membrane oxygenator. The study was designed to evaluate the hypothesis that placement of a pressure-relieving compliance chamber between a pulsatile pump and a membrane oxygenator might reduce the above mentioned side effects while providing physiologic pulsatile blood flow. The study was performed in a canine model of oleic acid induced acute lung injury (N=16). The animals were divided into three groups according to the type of pump used and the presence of the compliance chamber, In group 1, a non-pulsatile centrifugal pump was used as a control (n=6). In group 2 (n=4), a single-pulsatile pump was used. In group 3 (n=6), a single-pulsatile pump equipped with a compliance chamber was used. The experimental model was a partial bypass between the right atrium and the aorta at a pump flow of 1.8∼2 L/min for 2 hours. The observed parameters were focused on hemodynamic changes, intra-circuit pressure, laboratory studies for blood profile, and the effect on blood cell trauma. In hemodynamics, the pulsatile group II & III generated higher arterial pulse pressure (47$\pm$ 10 and 41 $\pm$ 9 mmHg) than the nonpulsatile group 1 (17 $\pm$ 7 mmHg, p<0.001). The intra-circuit pressure at membrane oxygenator were 222 $\pm$ 8 mmHg in group 1, 739 $\pm$ 35 mmHg in group 2, and 470 $\pm$ 17 mmHg in group 3 (p<0.001). At 2 hour bypass, arterial oxygen partial pressures were significantly higher in the pulsatile group 2 & 3 than in the non-pulsatile group 1 (77 $\pm$ 41 mmHg in group 1, 96 $\pm$ 48 mmHg in group 2, and 97 $\pm$ 25 mmHg in group 3: p<0.05). The levels of plasma free hemoglobin which was an indicator of blood cell trauma were lowest in group 1, highest in group 2, and significantly decreased in group 3 (55.7 $\pm$ 43.3, 162.8 $\pm$ 113.6, 82.5 $\pm$ 25.1 mg%, respectively; p<0.05). Other laboratory findings for blood profile were not different. The above results imply that the pulsatile blood pump is beneficial in oxygenation while deleterious in the aspects to high pressure generation in the circuits and blood cell trauma. However, when a pressure-relieving compliance chamber is applied between the pulsatile pump and a membrane oxygenator, it can significantly reduce the high circuit pressure and result in low blood cell trauma.

Blood Flow and Pressure Evaluation for a Pulsatile Conduit-Shaped Ventricular Assist Device with Structural Characteristic of Conduit Shape (관형의 구조적 특징을 갖춘 박동형 관형 심실보조장치의 혈류, 혈압 평가)

  • Kang, Seong-Min;Choi, Seong-Wook
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.35 no.11
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    • pp.1191-1198
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    • 2011
  • The use of a ventricular assist device (VAD) can raise the one-year survival rate without cardiac transplantation from 25% to 52%. However, malfunction of the VAD system causes 6% of VAD patients' deaths, which could possibly be avoided through the development of new VADs in which VAD malfunctions do not affect the patient's heart movement or hemodynamic state. A conventional VAD has an impeller or vane for propelling blood that can allow blood to regurgitate when the propelling force is weaker than the aortic pressure. In this paper, we developed a new pulsatile conduit-shaped VAD that has two valves. This device removes the possibility of blood regurgitation and has a small stationary area even when the pumping force is extremely weak. We estimated the characteristics of the device by measuring the outflow and the pressure of the pump in in-vitro and in-vivo experiments.

A Study on the In-Vitro Test of Thrombogenesis in Centrifugal Biopump (원심성 바이오 펌프를 이용한 혈전 생성의 생체 외 검사에 관한 연구)

  • Na, Myung-Hoon;Kim, Won-Gon;Kim, Joo-Hyun;Kim, Mee-Hyung;Yu, Jae-Hyeon;Lim, Seung-Pyung;Lee, Young
    • Journal of Chest Surgery
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    • v.32 no.10
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    • pp.863-873
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    • 1999
  • 배경: 혈전 생성은 심혈관계 삽입물이나 순환 보조장치의 발전에 있어서 중요한 문제이므로 이러한 장치들의 혈전성에 대한 평가는 필수적이다. 따라서 이러한 장치들의 혈전성 연구를 시행하기 위한 효과적인 생체 외 실험 방식이 개발되어 원심성 순환 펌프의 발전에 큰 도움이 되고 있으며, 최근 엄밀하게 혈액과 공기의 접촉을 차단하는 방식이 믿을 수 있는 생체 외 실험 방식으로 강조되고 있다. 본 논문에서는 모의 순환 회로를 이용하여 기존에 행해진 연구 방법 상의 공기 접촉에 따른 핼액 응고 기전의 활성화 여부를 알아보기 위하여 공기 접촉 여부에 따른 혈액 인자의 변화를 관찰하여 확인하고, 또한 회로 내에서 생성된 혈전을 생체 내에서 형성된 혈전과 비교 분석하여 이 모의 순환 회로를 이용한 생체 외 검사가 새로 고안된 심혈관계 장치들의 혈전성을 평가하는데 있어서 동물실험을 대신할 수 있다는 기존의 주장을 검증하고자 하였다. 연구재료 및 방법: 바이오펌프를 이용한 같은 모의 순환 회로 한 쌍을 준비하고 동일 개체에서 얻은 헤파린을 첨가한(1u/$m\ell$) 신선한 혈액을 공기와 접촉시키지 않도록 한 A-회로와 공기와 접촉시킨 B-회로에 충전시켜 실험을 동시에 진행하여 결과를 얻었으며 총 12번 시행하였다. 회로에 충전한 혈액의 activated clotting time(ACT)은 정상의 3~5배였으며 ACT가 정상 범위의 1.5배가되면 실험을 끝냈고, Hematocrit(HCT), 혈소판, 동맥혈가스분석(ABGA), factor Ⅷ, factor \ulcorner, 섬유소원, thromboxane B2(TXB2), free hemoglobin(fHb) 등을 측정하였다. 실험이 끝난 후 A-회로와 B-회로에서 얻은 각 검사를 평가하고 분석하였으며 생성된 혈전을 생체 내에서 생성된 혈전과 조직 검사로 비교하였다. 본 연구의 자료분석은 SPSS 통계 프로그램을 이용하였고 유의수준 0.05를 기준으로 유의도를 판단하였다. 결과: 정상 ACT는 186.9$\pm$20.5초(평균$\pm$표준편차)이었고, 헤파린을 넣은 초기 ACT는 982.2$\pm$165.5초이었으며, 실험시간은 보통 60분에서 180분 사이였다. HCT, fHb, 혈소판, TXB2, factor Ⅷ, factor \ulcorner, 섬유원소의 초기값은 35.5$\pm$3.2%, 12.4$\pm$6.5 mg/dL, 354$\pm$56($\times$103)/$\mu$L, 72.6$\pm$15.1 mg/dL, 29.3$\pm$1.2%, 137.9$\pm$42.1 mg/dL, 그리고 17.7$\pm$9.7%이었다. 공기 접촉에 따른 차이를 보았을 때 ACT(p=0.398), HCT(p=0.988), fHb(p=0.898), 혈소판 (p=0.904), TXB2(p=0.985), factor Ⅷ(p=0.872), factor \ulcorner(p=0.489), 섬유원소(p=0.973)으로 전 예에서 통계적 유의성이 없었다. 실험 후 양 군에서 생성된 혈전의 현미경 소견은 B-회로의 혈전에 여러 군데 공기 방울이 관찰되는 것 이외에 A-회로에서 생성된 혈전과 차이가 없었고, 생체에서 생성된 혈전과 비교했을 때 그 양상이 같았다. A-회로와 B-회로에서 생성된 혈전의 총 량은 8.4$\pm$3.7 mL와 9.4$\pm$3.1 mL로 통계상 유의성은 없었다. (p=0.624). 결론: 모의 순환 회로를 이용한 혈전성 평가를 위한 생체 외 실험에 있어서 공기와의 접촉 여부는 혈액 응고 기전의 활성화나 혈전 생성에 별다른 영향을 미치지 않는다. 모의 순환 회로에서 형성된 혈전과 문헌에 있는 인체 내에서 형성된 혈전을 비교한 결과 그 형태가 일치하므로 이 모의 순환회로를 이용한 실험이 동물실험을 대신할 수 있다고 판단된다.

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