Разработка экстракорпорального насоса для системы ЭКМО

Цель: на сегодняшний день системы ЭКМО остаются основным видом кратковременной поддержки кровообращения при различных клинических ситуациях. Одним из главных элементов этой системы является насос крови. Целью данного исследования является разработка первого отечественного центробежного насоса для применения в системах ЭКМО.

Материалы и методы. На основе систематического литературного анализа были сформулированы основные медико-технические требования к экстракорпоральному центробежному насосу. Для создания 3-мерных математических моделей внешнего корпуса насоса и всех его внутренних компонентов проведены расчеты в программном комплексе САПР SolidWorks (SolidWorks Corp., США). Спроектированы и разработаны гидродинамические стенды для оценки работы макета центробежного насоса. Проведены исследования насоса для получения расходно-напорных и гемолизных характеристик.

Результаты. Проведено 3D-моделирование геометрических параметров проточного рабочего колеса насоса. Выполнена оценка потока жидкости в диапазоне вращения ротора при скоростях от 3000 до 7000 об/мин. Испытания на гидродиначеском стенде проходили в условиях, имитирующих сопротивление оксигенатора и соединительных канюлей. Расходно-напорная характеристика получена исходя из заданных медико-технических требований для рабочего диапазона расхода от 1 до 5 л/мин при перепадах давления в 200–400 мм рт. ст.

Заключение. По полученным данным 3-мерного моделирования и стендовых экспериментов получена модель экстракорпорального центробежного насоса, которая при первых исследованиях показала свою эффективность. Будут проведены дальнейшие экспериментальные исследования для получения энергетических и биологических характеристик разрабатываемого устройства.

1. Hill JD, O’Brien TG, Murray JJ, Dontigny L, et al. Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome). Use of the Bramston membrane lung. N Engl J Med. 1972; 286: 629–634.

2. Philipp A, Arlt M, Amann A, Lunz D, Müller T, Hilker M, et al. First experience with the ultra-compact mobile extracorporeal membrane oxygenationsystem Cardiohelp in interhospital transport. Interact CardioVasc Thorac Surg. 2011; 12: 978–981.

3. Dembinski R, Kopp R, Henzler D, Hochhausen N, Oslender N, Max M, Rossaint R, Kuhlen R. Extracorporeal Gas Exchange with the DeltaStream Rotary Blood Pump in Experimental Lung Injury Artificial Organs. 2003; 27(6): 530–536.

4. Thamsen B, Blümel B, Schaller J, Paschereit CO, Affeld K, Goubergrits L, Kertzscher U. Numerical analysis of blood damage potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD rotary blood pumps. Artificial Organs. 2015; 39(8): 651-659.

5. Yu H, Janiga G, Thévenin D. Computational fluid dynamics–based design optimization method for Archimedes screw blood pumps. Artificial Organs. 2016; 4: 341–352.

6. Nishida M, Yamane T, Tsukamoto Y, Ito K, Konishi T, Masuzawa T et al. Shear evaluation by quantitative flow visualization near the casing surface of a centrifugal blood pump. JSME International Journal. 2002; 45: 981–988.

7. Kashiwa K, Nishimura T, Saito A, et al. Left heart bypass support with the Rotaflow Centrifugal Pump® as a bridge to decision and recovery in an adult. J Artif Organs. 2012; 15: 207–210.

8. Кулешов АП, Иткин ГП. Расчет основных характеристик канального ротора при проектировании центробежного насоса крови. Медицинская техника. 2018; 5: 14-18.

9. Itkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP, Drobyshev AA. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. Int J Artif Organs. 2020; 43(3): 157-164.

10. Rinaudo A, Pasta S. Development of a self-pumping extracorporeal blood oxygenation device characterized by a rotating shaft withembedded fiber packages. The International Journal of Artificial Organs. 2020; 43(6): 393-400.

11. Gobel C, Arvand A, Eilers R, Marseille O, Bals C, Meyns B, Flameng W, Rau G, Reul H. Development of the MEDOS/HIA DeltaStream Extracorporeal Rotary Blood Pump. Artificial Organs. 2001; 25(5): 358–365.