如何提取医疗器械内部的血液剪切应力区域

写在前面：

为满足为HF患者提供循环支持的需求，过去几十年来发展了左心室辅助装置（LVAD）。如今，LVADs在医院中常规使用，不仅作为心肌康复或心脏移植的桥梁，还作为目标治疗。LVAD疗法的成功归因于连续流动LVADs（CF-LVAD）的出现，这些设备体积小、非常耐用，并且与早期脉动LVADs相比具有较低的体积和重量。与早期脉动设备相比，使用这些CF-LVADs的临床结果更为优越。然而，目前CF-LVAD设备仍然广泛存在与溶血、血栓有关的临床事件。

左心室辅助装置（LVAD）和体外膜肺氧合（ECMO）都是心血管支持系统，用于治疗严重心脏或肺部功能衰竭的患者。LVAD的主要目的是提供对心脏的辅助，通常是通过植入一种或多种泵来提高心脏的排血能力。而ECMO的主要目的是提供全身氧合和二氧化碳排除，通常包括心脏和肺的支持。

除了LVAD及ECMO意外，血泵还通常被应用在PVAD设备中，下图是三种常见的应用场景。这三种装置中的血液泵都有一个共同的基本功能，即通过机械手段将血液从心脏或体外引入装置，然后将其送回体内，以维持或辅助心脏和循环功能。不同的装置在实际应用和功能上有所不同，但血液泵在其中都起到关键的作用。

在血液泵中，高非生理性剪切应力被认为是血栓形成的主要原因。泵体内部的低流速区域、轴承接触材料表面产生的热量以及轴承材料的磨损被认为是导致LVAD中观察到的血栓并发症的原因。活化的凝血因子和血小板可能在低效冲洗区域（即低俗区域）积聚。因此，近年来提出了最新一代的磁悬浮血泵，这些血泵利用磁力悬浮技术，通过磁场将叶片悬浮在固定的位置，从而减少机械磨损和摩擦。与传统的机械轴承相比，磁悬浮技术可以减少患者体内的机械损伤，提高设备的耐久性和性能。

一、评价血液泵剪切应力的理论公式

计算流体力学（CFD）在血液泵优化中发挥着重要作用。通过模拟和分析离心血泵内的流体动力学行为，CFD能够提供有关流速、压力、剪切力等关键参数的详细信息。这有助于工程师们精确了解离心血泵的性能特征，并通过调整设计参数，如叶片形状、进口和出口几何形状等，进行优化。通过CFD模拟，工程师们能够有效预测并改进血液泵的流体力学性能，以提高效率、减小耗能和减轻对血液的剪切力，最终为临床使用提供更安全可靠的心血管支持。

溶血HI图来源于:FDA血液泵