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 Federation10.15825/1995-1191-2017-2-61-68vtio-753Research ArticleТрансплантация сердца и вспомогательное кровообращениеHeart Transplantation and Assisted CirculationОптимизация имплантируемого осевого насоса для повышения эффективности механической поддержки кровообращенияOptimization of Implantable Axial Pump to Increase Efficiency of Mechanical Circulatory SupportГотьеС. В.GautierS. V.КулешовА. П.KuleshovA. P.ЕфимовА. Е.EfimovA. E.АгаповИ. И.AgapovI. I.ИткинГ. П.ItkinG. P.georgeitkin@mail.ruФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; Кафедра трансплантологии и искусственных органов ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)РоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation;Russian FederationФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России;РоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation;Russian FederationФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; Кафедра живых систем Московского физико-технического института (государственный университет)РоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation; Moscow Institute of Physics and Technology (State University), Department of physics of living systemsRussian Federation2017220620171926168Copyright © Готье С.В., Кулешов А.П., Ефимов А.Е., Агапов И.И., Иткин Г.П., 20172017Готье С.В., Кулешов А.П., Ефимов А.Е., Агапов И.И., Иткин Г.П.Gautier S.V., Kuleshov A.P., Efimov A.E., Agapov I.I., Itkin G.P.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/753

Цель. Провести оптимизацию имплантируемого осевого насоса для повышения гидравлической эффективности и снижения гемолиза крови. Материалы и методы. С использованием методов вычислительной гидродинамики проведен расчет и оптимизация основных геометрических параметров геометрии рабочего колеса (угол лопаток на входе насоса, длина лопатки и коэффициент угла закрутки). Расчеты проводились для оптимального режима работы насоса при скорости вращения 8000 об/мин. Результаты. В результате проведенных исследований были определены параметры рабочего колеса, которые позволили повысить КПД насоса в среднем на 7,5% (в зависимости от режима работы насоса) и перепад давления в среднем на 8%. Значение сдвигового напряжения в проточной области, полученное в результате расчетов, не превышало 147 Па, что допустимо с точки зрения гемолиза крови.

Aim. To optimize implantable axial pump to increase hydraulic efficiency and reduce blood hemolysis. Materials and methods. In this article the basic geometric parameters of impeller’s geometry (the blade’s angle, the blade’s length and the twist angle’s ratio) were investigated and optimized using methods of computer hydrodynamics. The calculations were carried out for the optimum operation of the pump at the speed of 8000 rpm. Results. The main parameters of impeller’s geometric were determined which made it possible to increase efficiency of the pump by an average of 7.5% (depending on the pump operation mode) and pressure drop of 8% on average. The value of shear stress in the flow region obtained as a result of the calculations did not exceed 147 Pa admissible from the point of view of blood hemolysis.

механическая поддержка кровообращенияосевой насострехмерная математическая модельрасходно-напорные характеристикиКПДрабочее колесосдвиговое напряжениегемолизmechanical support of blood circulationaxial pump3D mathematical modelflow-pressure characteristicsefficiencyimpellershear stresshemolysisReferencesVersteeg HK, Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics:the finite volume method. 2nd ed. Harlow, UK: Pearson Education, 2007. 518.Versteeg HK, Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics:the finite volume method. 2nd ed. Harlow, UK: Pearson Education, 2007. 518.Burgreen GW, Loree II HM, Bourque K, Dague C, Poirier VL, Farrar D et al. Computational fluid dynamics analysis of a maglev centrifugal left ventricular assist device. Artif. Organs. 2004; 28: 874–880. doi: 10.1111/j.1525-1594.2004.07384.x.Burgreen GW, Loree II HM, Bourque K, Dague C, Poirier VL, Farrar D et al. Computational fluid dynamics analysis of a maglev centrifugal left ventricular assist device. Artif. Organs. 2004; 28: 874–880. doi: 10.1111/j.1525-1594.2004.07384.x.Chua LP, Song G, Yu SCM, Lim TM. Computational fluid dynamic of gap flow in a biocentrifugal blood pump. Artif. Organs. 2005; 29: 620–628. doi: 10.1111/j.1525-1594.2005.29099.x.Chua LP, Song G, Yu SCM, Lim TM. Computational fluid dynamic of gap flow in a biocentrifugal blood pump. Artif. Organs. 2005; 29: 620–628. doi: 10.1111/j.1525-1594.2005.29099.x.Chua LP, Song G, Lim TM, Zhou T. Numerical analysis of the inner flow field of a biocentrifugal blood pump. Artif. Organs. 2006; 30: 467–477. doi: 10.1111/j.1525-1594.2006.00243.х.Chua LP, Song G, Lim TM, Zhou T. Numerical analysis of the inner flow field of a biocentrifugal blood pump. Artif. Organs. 2006; 30: 467–477. doi: 10.1111/j.1525-1594.2006.00243.х.Zhang J, Koert A, Gellman B, Gempp TM, Dasse KA, Gilbert RJ et al. Optimization of a miniature maglev ventricular assist device for pediatric circulatory support. АSAIO J. 2007; 53: 23–31. doi: 10.1097/01.mat.0000247043.18115.f7.Zhang J, Koert A, Gellman B, Gempp TM, Dasse KA, Gilbert RJ et al. Optimization of a miniature maglev ventricular assist device for pediatric circulatory support. АSAIO J. 2007; 53: 23–31. doi: 10.1097/01.mat.0000247043.18115.f7.Zhu X, Zhang M, Zhang G, Liu H. Numerical investigation on hydrodynamics and biocompatibility of a magnetically suspended axial blood pump. ASAIO J. 2006; 52: 624–629. doi: 10.1097/01.mat.0000242161.50276.1e.Zhu X, Zhang M, Zhang G, Liu H. Numerical investigation on hydrodynamics and biocompatibility of a magnetically suspended axial blood pump. ASAIO J. 2006; 52: 624–629. doi: 10.1097/01.mat.0000242161.50276.1e.Chua LP, Su B, Tau ML, Zhou T. Numerical simulation of an axial blood pump. Artif. Organs. 2007; 31: 560–570. doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00422.x.Chua LP, Su B, Tau ML, Zhou T. Numerical simulation of an axial blood pump. Artif. Organs. 2007; 31: 560–570. doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00422.x.Throckmorton AL, Lim DS, McCulloch MA, Jiang W, Song X, Allaire PE, Wood HG, Olsen DB. Computational design and experimental performance testing of an axialflow pediatric ventricular assist device. ASAIO J. 2005; 51 (5): 629–635. doi: 10.1097/01.mat.0000177541.53513.a8.Throckmorton AL, Lim DS, McCulloch MA, Jiang W, Song X, Allaire PE, Wood HG, Olsen DB. Computational design and experimental performance testing of an axialflow pediatric ventricular assist device. ASAIO J. 2005; 51 (5): 629–635. doi: 10.1097/01.mat.0000177541.53513.a8.Kido K, Hoshi H, Watanabe N, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J et al. Computational fluid dynamics analysis of the pediatric tiny centrifugal blood pump (TinyPump). Artif. Organs. 2006; 30: 392–399. doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00422.x.Kido K, Hoshi H, Watanabe N, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J et al. Computational fluid dynamics analysis of the pediatric tiny centrifugal blood pump (TinyPump). Artif. Organs. 2006; 30: 392–399. doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00422.x.Yu H, Janiga G, Thévenin D. Computational Fluid Dynamics-Based Design Optimization Method for Archimedes Screw Blood Pumps. Artif. Organs. 2016; 40 (4): 341–352. doi: 10.1111/j.1525-1594.2006.00231.x.Yu H, Janiga G, Thévenin D. Computational Fluid Dynamics-Based Design Optimization Method for Archimedes Screw Blood Pumps. Artif. Organs. 2016; 40 (4): 341–352. doi: 10.1111/j.1525-1594.2006.00231.x.Thamsen B, Blümel B, Schaller J, Paschereit CO, Affeld K, Goubergrits L, Ulrich Kertzscher U. Numerical Analysis of Blood Damage Potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD Rotary Blood Pumps. Artif. Organs. 2015; 39 (8): 651–659. doi: 10.15825/1995-1191-2014-3-76-84.Thamsen B, Blümel B, Schaller J, Paschereit CO, Affeld K, Goubergrits L, Ulrich Kertzscher U. Numerical Analysis of Blood Damage Potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD Rotary Blood Pumps. Artif. Organs. 2015; 39 (8): 651–659. doi: 10.15825/1995-1191-2014-3-76-84.

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