A novel electro-mechanical implantable ventricular assist system is developed as a bridge to transplantation or recovery for patients with end-stage heart failure. The developed system is composed of an implanted blood pump, an external monitoring system which stores data, and a wearable system including a portable external driver and a portable power supply system. The blood pump is designed to be implanted into the left upper abdominal space and provides blood flow from the left ventricular apex to the aorta. The pulsatile blood flow is generated by a double cylindrical cam. There was mo excessive heat emission from the blood pump into the temperature-controlled chamber in the heat test and no stagnated flow within the blood sac by the observation in the flow visualization test. Animal experiments were performed using sheep and calves. The maximum assist flow rate reached 7.85L/min in the animal experiment. The evaluation results showed that the developed system was feasible for the implantable ventricular assist system. The long-term in vitro durability test and mid-term in vivo experiments are in progress and mow the modified next model is under development.
Kim, Dongmin;Hwang, Jinyul;Min, Too-Jae;Jo, Won-Min
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.1
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pp.52-63
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2022
Direct numerical simulation of blood flow in a stenosed, patient-specific carotid artery was conducted to explore the transient behavior of blood flow with special emphasis on the wall-shear stress distribution over the transition region. We assumed the blood as an incompressible Newtonian fluid, and the vessel was treated as a solid wall. The pulsatile boundary condition was applied at the inlet of the carotid. The Reynolds number is 884 based on the inlet diameter, and the maximum flow rate and the corresponding Womersley number is approximately 5.9. We found the transitional behavior during the acceleration and deceleration phases. In order to quantitatively examine the wall-shear stress distribution over the transition region, the probability density function of the wall-shear stress was computed. It showed that the negative wall-shear stress events frequently occur near peak systole. In addition, the oscillatory shear stress index was used to further analyze the relationship with the negative wall-shear stress appearing in the systolic phase.
Hemorheology plays an important role in atherosclerosis. Hemorheologic properties of blood include whole blood viscosity, plasma viscosity, hemaocrit, RBC deformability and aggregation, and fibrinogen concentration in plasma. Blood flow is determine by three parameters (pressure, lumen diameter, and whole blood viscosity), whole blood viscosity is one of the key physiological variables. However, the significance of whole blood viscosity has not yet not been fully appreciated. Whole blood viscosity has a unique property, non-Newtonian shear-thinning characteristics, which is primarily due to the presence of RBCs. Hence, RBC deformability and aggregation directly affect the magnitude of blood viscosity, and any factors or diseases affecting RBC characteristics influence blood viscosity. Therefore, on can see that whole blood viscosity is the causal mechanism by which traditional risk factors such as hypertension, hyperlipidemia, smoking, exercise, obesity, age, and gender are related to atherogenesis. In this regard, we included whole blood viscosity in the three key determinants of injurious pulsatile flow that results in mechanical injury and protective adaptation in the arterial system. Because whole blood viscosity is a potential predictor of cardiovascular diseases, it should be measured in routine cardiovascular profiles. Incorporating whole blood viscosity measurements into a standard clinical protocol could improve our ability to identify patients at risk for cardiovascular disease and its complications.
We have developed a monoleaflet polymer valve as an inexpensive and viable alternative, especially for short-term use in the ventricular assist device or total artificial heart. The frame and leaflet of the polymer valve were made from polyurethane, To evaluate the hemodynamic performance of the polymer valve a comparative study of flow dynamics past a polymer valve and a St. Jude Medical prosthetic valve under physiological pulsatile flow conditions in vitro was made. Comparisons between the valves were made on the transvalvular pressure drop, regurgitation volume and maximum valve opening area. The polymer valve showed smaller regurgitation volume and transvalvular pressure drop compared to the mechanical valve at higher heart rate. The results showed that the functional characteristics of the polymer valve compared favorably with those of the mechanical valve at higher heart rate.
The effectiveness of the treatment of intracranial aneurysms with endovascular coiling depends on coil packing density, the location of aneurysm, its neck dimensions with respect to the aneurysm dome, and its size with respect to the surrounding tissue. Clinical data also suggests that the aneurysm neck size is the main predictor of aneurysm recanalization. In this study, the force impinging on the aneurysm neck in an idealized aneurysm was calculated by using a three dimensional finite volume method for the non-Newtonian incompressible laminar flow. To quantify the effect of neck size on the impingement force, calculations were performed for aneurysm neck diameters (Da) varying from 10% to 100% of the parent artery diameter (Dp). Also, maximum impingement forces were represented by a function of the ratio of the aneurysm neck to the diameter of the parent vessel. The results show that the hemodynamic forces exerted on the coil mass at the aneurysm neck due to the pulsatile blood flow are larger for wide necked aneurysms.
Arteriovenous malformations are extremely rare conditions in that can result from abnormalities in the structure of blood vessels, which may be potentially fatal. A 30-year-old female patient visited our hospital with a complaint of swelling on the right maxillary posterior gingiva along with the large port-wine stain on right side of face. On clinical examination, the swelling was compressible and pulsatile. Radiographic examination revealed a lytic lesion of maxilla. Diagnostic angiography revealed a high-flow arteriovenous malformation of maxilla which was treated by selective transarterial embolization of maxillary artery using polyvinyl alcohol particles.
We have developed a monoleaflet polymer valve as an inexpensive and viable alternative, especially for short-term use in the ventricular assist device or total artificial heart. The frame and leaflet of the polymer valve were made from polyurethane. To evaluate the hemodynamic performance of the polymer valve a comparative study of flow dynamics past a polymer valve and a St. Jude Medicals prosthetic valve under physiological pulsatile flow conditions in vitro was made. Comparisons between the valves were made on the transvalvular pressure drop, regurgitation volume and maximum valve opening area. The polymer valve showed smaller regurgitation volllme and transvalvular pressure drop compared to the mechanical valve at higher heart rate. The results showed that the functional characteristics of the polymer valve compared favorably with those of the mechanical valve at higher heart rate.
기계식 인공심장판막을 통한 혈액의 유동과 이 유동에 관련된 판첨의 거동특성을 수치해석기법을 이용하여 연구하였다. 혈액은 맥동류, 층류, 비압축성 유동으로 가정하였으며 유체-고체의 상호작용을 고려하기 위하여 혈액의 유동방정식과 고체의 운동방정식이 동시에 계산되었다. 심실과 대동맥에서의 압력파형을 경계조건으로 사용하였다. 연구의 결과로서 혈액유동과 판첨의 거동이 예측되었으며, 판막을 통한 3개의 제트가 발견되었으며 vortex가 판첨의 끝단에서 발생하여 하부로 흘러가는 것이 관찰되었다. 판첨의 닫힘 거동은 열림 거동에 비하여 2배정도 빠르게 진행되었으며 sinus에서 2개의 큰 vortex가 관찰되었다. 유체-고체 상호작용을 고려하는 본 연구방법은 향후 판막의 연구와 개발에 매우 유용할 것으로 판단된다.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.38
no.1
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pp.45-52
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2001
The proximal isovelocity surface area (PISA) method is an effective way of measuring the regurgitant blood flow rate in the mitral valve. This method defines the modelling required to describe the geometry of the isotach of the PISA. In the normal PISA flow model, the flow rate is calculated assuming that the surface of the isotach is either hemispherical or non-hemispherical numerically. However, this paper evaluated the estimate flow rate using a direct surface subdivision flow model based on the height field after isotach extraction using a region-based scheme. To validate the proposed method, the various PISA flow models were compared using pusatile color Doppler images with flow rates ranging from $30\;cm^3/sec\;to\;60\;cm^3/sec$ flow rate. Whereas the hemispherical flow model had a mean value of $29\;cm^3/sec$ and underestimated the measured flow rate by 35%, the proposed model and non-hemispherical model produced a c;ame mean value of $45\;cm^3/sec$, moreover, both flow models produced a similar pulsatile flow rate.
The present study is to evaluate the performances of flow velocity and wall shear stress in the stenosed coronary artery using human in vivo hemodynamic Parameters and computer simulation. Initial and follow-up coronary angiographics in the patients with angulated coronary stenosis are performed. Follow-up coronary angiogram demonstrated significant difference in the percent of diameter in the stenosed coronary between two groups ($Group\;1:\;40.3{\%},\;Group\;2:\;25.5{\%}$). Flow-velocity wave obtained from in vivo intracoronary Doppler ultrasound data is used for the boundary condition for the computer simulation. Spatial and temporal variations of flow velocity vector and recirculation area are drawn throughout the selected segment of coronary models. The WSS of pre- and post-intracoronary stenting are calculated from three-dimensional computer simulation. Then negative shear stresses area on 3D simulation we noted on the inner wall of the post-stenotic area before stenting. The negative WSS is disappeared after stenting. High spatial and temporal WSS before stenting fell into within physiologic WSS after stenting. This finding was prominent in Model 2. The present study suggest that hemodynamic forces exerted by pulsatile coronary circulation termed WSS might affect on the evolution of atherosclerosis within the angulated vascular curvature. The local recirculation area which has low or negative WSS, might lead to progression of atherosclerosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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