vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2025-3-125-133vtio-1983Research ArticleТРАНСПЛАНТАЦИЯ СЕРДЦА И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕHEART TRANSPLANTATION AND ASSISTED CIRCULATIONОптимизация ротора центробежного насоса RotaFlowOptimization of impeller design in the RotaFlow centrifugal pumphttps://orcid.org/0000-0001-5954-2240КулешовА. П.KuleshovA. P.

Кулешов Аркадий Павлович - старший научный сотрудник лаборатории биотехнических систем, к.б.н.

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Тел. (915) 292-47-98

Arkady P. Kuleshov.

1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182

Phone: (915) 292-47-98

ilovemylene@yandex.ruГрудининН. В.GrudininN. V.

Грудинин Никита Владимирович - зав. лабораторией биотехнических систем, к.м.н.

Москва

Moscow

zbignev.religa@mail.ruБучневА. С.BuchnevA. S.

Бучнев Александр Сергеевич - научный сотрудник лаборатории биотехнических систем, к.б.н.

Москва

Moscow

labbts@mail.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian Federation202503092025273125133Copyright © Кулешов А.П., Грудинин Н.В., Бучнев А.С., 20252025Кулешов А.П., Грудинин Н.В., Бучнев А.С.Kuleshov A.P., Grudinin N.V., Buchnev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1983

В процессе разработки отечественного аналога была выполнена модернизация рабочего колеса насоса RotaFlow (Maquet, Германия). Работа проводилась в рамках исследования условий эксплуатации центробежного насоса в терапии с использованием ЭКМО. Предложен новый дизайн крыльчатки ротора, который включает два типа лопастей – основные удлиненные, обеспечивающие значительную долю создаваемого напора, и укороченные дополнительные лопасти. В работе была создана трехмерная компьютерная модель центробежного насоса RotaFlow (Maquet, Германия) с обновленным рабочим колесом, выполненным в соответствии с предложенными изменениями. Кроме того, проведено сравнение разработанной крыльчатки с оригинальной крыльчаткой насоса для определения эффективности модернизации. Произведены расчеты параметров потока жидкости, таких как турбулентность и скорость течения жидкости в диапазоне режима насоса (расход от 1 до 5 л/мин, перепад давления 350 мм рт. ст.). Комбинация лопастей демонстрирует более оптимальную характеристику потока, чем оригинальная конструкция в условиях математических испытаний.

As part of the development of a domestic counterpart, the impeller of the RotaFlow centrifugal pump (Maquet, Germany) was modernized within the framework of research into the operating conditions of centrifugal pumps used in extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) therapy. A novel rotor impeller design was proposed, featuring two types of blades: the primary elongated blades responsible for generating most of the pressure, and secondary shortened auxiliary blades. A three-dimensional computational model of the RotaFlow pump was created incorporating the redesigned impeller. To evaluate the effectiveness of the modernization, the new design was compared to the original Maquet impeller. Computational simulations were conducted to analyze key fluid dynamics parameters, such as turbulence intensity and flow velocity, within the typical operating range of the pump (flow rates from 1 to 5 L/min at a pressure drop of 350 mmHg). Mathematical modeling demonstrated that the new blade configuration yields improved flow characteristics compared to the original design.

3-мерная компьютерная модельцентробежный насостурбулентностьрабочее колесо3-dimensional computer modelcentrifugal pumpturbulenceimpellerReferencesГотье СВ, Попцов ВН, Спирина ЕА. Экстракорпоральная мембранная оксигенации кардиохирургии и трансплантологии. М.: Триада, 2013; 272.Gautier SV, Poptsov VN, Spirina EA. Ekstrakorporal’naya membrannaya oksigenatsii kardiokhirurgii i transplantologii. M.: Triada, 2013; 272.Orime Y, Shiono M, Yagi S. Jostra Rota Flow RF-30 Pump System: A New Centrifugal Blood Pump for Cardiopulmonary BypassCEntrimag. Artificial Organs. 2000; 24 (6): 437–441.Orime Y, Shiono M, Yagi S. Jostra Rota Flow RF-30 Pump System: A New Centrifugal Blood Pump for Cardiopulmonary BypassCEntrimag. Artificial Organs. 2000; 24 (6): 437–441.Nagaoka E et al. MedTech Mag-Lev, single-use, extracorporeal magnetically levitated centrifugal blood pump for mid-term circulatory support. ASAIO J. 2013. 59: 246–252.Nagaoka E et al. MedTech Mag-Lev, single-use, extracorporeal magnetically levitated centrifugal blood pump for mid-term circulatory support. ASAIO J. 2013. 59: 246–252.Fleck T, Benk C, Klemm R et al. First serial in vivo results of mechanical circulatory support in children with a new diagonal pump. Eur J Cardiothorac Surg. 2013; 44 (5): 828–835. doi: 10.1093/ejcts/ezt427.Fleck T, Benk C, Klemm R et al. First serial in vivo results of mechanical circulatory support in children with a new diagonal pump. Eur J Cardiothorac Surg. 2013; 44 (5): 828–835. doi: 10.1093/ejcts/ezt427.Карелин ВЯ, Минаев АВ. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 2016; 320. Karelin VYa, Minaev AV. Nasosy i nasosnye stantsii. M.: Stroyizdat, 2016; 320.Карелин ВЯ, Минаев АВ. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 2016; 320. Karelin VYa, Minaev AV. Nasosy i nasosnye stantsii. M.: Stroyizdat, 2016; 320.Liu GM, Jin DH, Jiang XH et al. Numerical and In Vitro Experimental Investigation of the Hemolytic Performance at the Off-Design Point of an Axial Ventricular Assist Pump. ASAIO J. 2016; 62 (6): 657–665. doi: 10.1097/MAT.0000000000000429.Liu GM, Jin DH, Jiang XH et al. Numerical and In Vitro Experimental Investigation of the Hemolytic Performance at the Off-Design Point of an Axial Ventricular Assist Pump. ASAIO J. 2016; 62 (6): 657–665. doi: 10.1097/MAT.0000000000000429.Hastings SM, Ku DN, Wagoner S et al. Sources of circuit thrombosis in pediatric extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 2017. 63: 86–92.Hastings SM, Ku DN, Wagoner S et al. Sources of circuit thrombosis in pediatric extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 2017. 63: 86–92.Бучнев АС, Кулешов АП, Есипова ОЮ, Дробышев АА, Грудинин НВ. Гемодинамическая оценка устройства генерации пульсирующего потока в системах обхода левого желудочка сердца. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023. 25 (1): 106–112. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2023-1-106-112.Buchnev AS, Kuleshov AP, Esipova OYu, Drobyshev AA, Grudinin NV. Hemodynamic evaluation of pulsatile-flow generating device in left ventricular assist devices. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2023; 25 (1): 106–112. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2023-1-106-112.Itkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP et al. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. The International Journal of Artificial Organs. 2020; 43 (6): 157–164.Itkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP et al. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. The International Journal of Artificial Organs. 2020; 43 (6): 157–164.Roberts N, Chandrasekaran U, Das S et al. Hemolysis associated with Impella heart pump positioning: In vitro hemolysis testing and computational fluid dynamics modeling. Int J Artif Organs. 2020. Mar 4: 391398820909843. doi: 10.1177/0391398820909843.Roberts N, Chandrasekaran U, Das S et al. Hemolysis associated with Impella heart pump positioning: In vitro hemolysis testing and computational fluid dynamics modeling. Int J Artif Organs. 2020. Mar 4: 391398820909843. doi: 10.1177/0391398820909843.Li P, Mei X, Ge W et al. A comprehensive comparison of the in vitro hemocompatibility of extracorporeal centrifugal blood pumps. Front Physiol. 2023. May 9; 14: 1136545. doi: 10.3389/fphys.2023.1136545.Li P, Mei X, Ge W et al. A comprehensive comparison of the in vitro hemocompatibility of extracorporeal centrifugal blood pumps. Front Physiol. 2023. May 9; 14: 1136545. doi: 10.3389/fphys.2023.1136545.Kilic A, Nolan TD, Li T et al. Early in vivo experience with the pediatric Jarvik 2000 heart. ASAIO J. 2007; 53 (3): 374–378. doi: 10.1097/MAT.0b013e318038fc1f.Kilic A, Nolan TD, Li T et al. Early in vivo experience with the pediatric Jarvik 2000 heart. ASAIO J. 2007; 53 (3): 374–378. doi: 10.1097/MAT.0b013e318038fc1f.Tanikawa C, Kamatani Y, Terao C et al. Risk Loci Identified in a Genome-Wide Association Study of Urolithiasis in a Japanese Population. J Am Soc Nephrol. 2019; 30 (5): 855–864. doi: 10.1681/ASN.2018090942.Tanikawa C, Kamatani Y, Terao C et al. Risk Loci Identified in a Genome-Wide Association Study of Urolithiasis in a Japanese Population. J Am Soc Nephrol. 2019; 30 (5): 855–864. doi: 10.1681/ASN.2018090942.Fiusco F, Broman LM, Prahl Wittberg L. Blood Pumps for Extracorporeal Membrane Oxygenation: Platelet Activation During Different Operating Conditions. ASAIO J. 2022; 68 (1): 79–86. doi: 10.1097/MAT.0000000000001493.Fiusco F, Broman LM, Prahl Wittberg L. Blood Pumps for Extracorporeal Membrane Oxygenation: Platelet Activation During Different Operating Conditions. ASAIO J. 2022; 68 (1): 79–86. doi: 10.1097/MAT.0000000000001493.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.