20169

۲۰۱۶۹

بررسي تاثير پارامتر هاي هندسي كانولا بر ايجاد لخته خون در جريان خون دستگاه اكسيژناسيون غشايي برون پيكري

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

۱۳۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۱۱

دكتر مهدي نويدبخش

دكتر شان گرگوري

مكانيك

اكسيژناسيون غشايي برون پيكري (اكمو) دستگاه قلبي-تنفسي براي پشتيباني از سيستم گردش خون و/يا سيستم تنفسي بيماران است كه در حين عمل جراحي و دوره بهبود پس از آن به بدن بيمار متصل است. كانولا عضوي از اين دستگاه است كه وظيفه خارج كردن خون بدون اكسيژن از بدن بيمار و وارد كردن خون اكسيژنه به بدن او را بر عهده دارد. اين قطعه با طراحي هاي مختلف براي انواع مختلف اتصالات اكمو ارائه و بررسي شده است. طراحي اين قطعه به در نظر گرفتن هم زمان آناتومي بدن بيمار و دبي مورد نياز دستگاه بستگي دارد؛ به طوري كه كمترين آسيب به سلول هاي خوني وارد شود. از آسيب هاي رايج در اين درمان، ايجاد لخته خون و يا پديده هموليز است كه در اثر تنش برشي بالا و يا نواحي سكون ايجاد ميشوند. پروژه حاضر به بررسي يكي از جديدترين طرح هاي ارائه شده كانولا، كه از يك كانولاي واحد براي هر دو عمل تزريق و تخليه خون استفاده ميكند، پرداخته است. در اين راستا، ابتدا مدل هندسي كانولا و آناتومي بدن بيمار در بخش اتصال كانولا، مدلسازي كامپيوتري و سپس ساخته شده است. پس از انجام شبيه سازي كامپيوتري، هندسه مورد بررسي ساخته شده و از آن براي معادل سازي مدار اكمو با اتصال وريدي-وريدي به صورت آزمايشگاهي استفاده شده است. به اين ترتيب، به كمك فشار و جريان سيال بدست آمده از مدل آزمايشگاهي در مقاطع مختلف، از اعتبار نتايج شبيه سازي بدست آمده، اطمينان حاصل شده است. در ادامه، از شبيه سازي كامپيوتري بدست آمده براي شناسايي پارامترهاي هندسي موثر در كانولا استفاده شده است. به اين منظور، با تغيير هر يك از اين پارامترها، تغييرات مشاهده شده در نرخ تنش، تنش برشي ديواره و نقاط سكون بدست آمده و با مقادير مجاز براي خون مقايسه شده اند. نتايج نشان ميدهند كه افزايش تعداد حفره هاي جانبي و قطر آنها نسبت به مدل تجاري كنوني، موجب بهبود جريان عبوري از كانال تخليه كانولا ميشود. در حاليكه افزايش فاصله طولي حفره ها به تنهايي موجب كاهش جريان و افزايش ماكزيمم تنش برشي ديواره وارد بر سيال و هم چنين افزايش نرخ تنش متوسط سيال ميشود. بعلاوه، افزايش تعداد حفره هاي تحتاني موجب بهبود توزيع تنش، كاهش تنش برشي ديواره ماكزيمم و نرخ تنش ميشود. اين درحاليست كه افزايش تعداد حفره هاي فوقاني به تنهايي، موجب كاهش جريان ورودي از بخش انتهايي كانولا خواهد شد. در نهايت، با بدست آمدن پارامترهاي هندسي موثر حفره هاي جانبي كانولا و در نظر گرفتن تاثير متقابل آنها بر جريان پايين دست و بالا دست بزرگ سياهرگ، انجام بهينه سازي براي بدست آوردن بهترين مقادير اين پارامترها توصيه ميشود.

1397/12/18

Investigation of the influence of different geometrical parameters of dual lumen cannula on the probability of clot formation in Extracorporeal Membrane Oxygenation

3/1/2020 12:00:00 AM

Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) is a cardiopulmonary device which supports blood circulation and/or respiratory system of the patients with severe cardiac and/or respiratory problems during and after surgeries. Cannula is part of this machine which is the interface between patient’s body and ECMO. This component is designed in different shapes with different application. The main role of cannula is to provide the maximum flow without causing any damage to the blood cells and it is chosen by the specialists based on the required flow and patient’s anatomy. Two of the most common damage is hemolysis and clot formation which are the results of high shear stress and stagnation areas. This project investigates the geometrical parameters of one of the newest geometries of cannula with application of veno-venous ECMO. This cannula has two lumen which extracts deoxygenated blood from one of them, and infuse oxygenated blood from another one. With this aim, first, the investigated geometry is modeled in SOLIDWORKS Software. Then, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation of the model is implemented considering blood as Newtonian fluid. In the next step, the modeled geometry was build and the complete circuit of the simulation was assembled. The simulation was validated using experimental data including pressure and flow rate. In the end, by changing different geometrical parameters of the cannula, such as the number of side holes, their diameter etc. hemodynamics parameters of the flow are monitored and analyzed due to critical values of blood. Results show that increasing the number of side holes and their diameter improves the flow characteristic in the cannula. On the other hand, increasing the longitudinal distance between the holes’ row decreases the overall flow rate of drainage lumen and increases the maximum wall shear stress and average shear rate. Moreover, increasing the number of down side holes enhances the shear stress field, maximum wall shear stress and shear rate. However, increasing the number of upper side holes results in reducing the flow rate from tip of the cannula. In the end, considering the interaction of down and upper side holes, it is recommended to do a multi-optimization study on achieved effective parameters to find the best values.