主题演讲视频：通过模拟设计改进的心脏泵

心力衰竭是全球健康问题，影响了数百万的人并阻止他们远离日常生活。但是，如果有一种设备可以使患者的心脏振奋甚至改善生活质量，该怎么办？来自雅培实验室的弗雷迪·汉森（Freddy Hansen）在2018年乐动滚球app下载波士顿Comsol会议上的主题演讲中，讨论了可以做到这一点的心脏泵。如果您错过了他的演讲，则可以观看视频的录制并阅读下面的摘要。

弗雷迪·汉森（Freddy Hansen）讨论改善心力衰竭患者的心脏泵设计

设计更好的左心室辅助设备

“有史以来最复杂的机器植入了人类” - 这就是弗雷迪·汉森（Freddy Hansen）描述Heartmate 3™左心室辅助装置（LVAD）的方式，这是由雅培实验室开发的泵，该泵具有磁性悬浮的转子，可用于心力衰竭的患者。在雅培（Abbott），汉森（Hansen）的团队致力于改善LVAD设计，以弥补心脏左侧的肌肉减弱，从而避免了心脏中血液集中的，这可能是致命的。虽然其他电子植入物（例如起搏器）仅使用微量的功率，但LVADS必须泵送整个血液，因此在10瓦范围内使用大量的功率。设计这些设备的其他挑战是，它们必须足够小才能适合患者的胸部并具有生物相容性。为了解决这些问题，汉森和他的小组使用模拟。

使用ComsolMultiphysics®优化LVAD系统

汉森说，他使用ComsolMultiphysics®软件来模拟LVAD系统设计的所有组件。这些组件包括带有磁性轴承的电动机，该电动机在设备内部悬浮一个转子，以及传感器和其他电子设备，例如电动机控制。因为该系统的每个部分都是维持生命，所以雅培工程师需要确保每个组件的设计功能。Heartmate 3™LVAD是系统内部唯一的部分，该设备的功率来自电池，并通过通过患者皮肤的电缆移动。控制器是一种患者接口设备，具有可帮助监视LVAD性能的按钮（还包括紧急电池）。

来自视频：LVAD系统。LVAD植入了胸部，而系统组件的其余部分则位于体内。

汉森举了几个例子，说明了他和他的小组如何使用各种建模技术来准确分析LVAD系统设计的所有组件和多物理相互作用。例如，在设计Heartmate 3™LVAD时，他们创建了一个电动机模型，该电动机模型在旋转部分中包含一个磁场，并在核心周围有几根线圈以旋转和悬浮转子。让我们看一下下面的一些模型示例。

建模从控制器和植入物的传热

在从事LVAD设计时，汉森提出了一个重要的问题：皮肤如何靠近控制器？正如他指出的那样，确定控制器很重要设备对皮肤的温度，因为如果病人太热，就不能仅卸下设备，这就是使他或她活着的原因！为了找到答案，雅培研究人员设计了一个生物学模型，在控制器的一侧，在另一侧的一侧具有皮肤，脂肪，肌肉和内脏层，以模拟热效应。该型号具有长距离的血液冷却，并具有传热系数在服装层上的自定义对流冷却。

第二个热模型示例从一个问题开始：组织如何在植入物旁边？为了回答这一点，研究小组通过反向工程进行了一项评估活组织热连通性的实验分析了发布的数据。接下来，他们模拟了将LVAD放在水浴中，并将结果与​​基准测试进行了比较。（您可以观看视频以获取有关他如何跟踪电池温度和其他热部件的更多详细信息。）

模拟无线电源传输

雅培团队还研究了他们可以用无线电力传输代替经皮有线的方式，这是汉森在行业中称之为“圣杯”的目标。如果完成，无线电力传输将降低进入现场的感染风险。改进的设备不仅可以通过允许患者淋浴和游泳来挽救患者的生命，还可以极大地提高他们的生活质量。为了探索这种可能性，团队开发了一个3D磁场和0D电路的模型，以评估效率和功率损失。在这种情况下，添加电路能力很重要，因为电路和磁管具有强烈的互动性。

来自视频：无线电源传输模型设计。

通过模拟评估血细胞的流动

汉森（Hansen）通过讨论CFD建模如何帮助团队跟踪通过设备的血液流程路径来继续他的主题演讲。从LVAD的流动场就其交互和周期性的性质而言，通过LVAD的流场被解析为真正的多物理问题。在研究血细胞浓度时，需要考虑剪切应力，因为血细胞远离较高的剪切应力位置。这种运动影响血液的粘度，这会影响流场，进而影响剪切应力。

当对其LVAD设计进行定性评估时，研究人员确保没有从转子流回入口的血液，因为这会导致效率较低和血液损害较高的风险。汉森还谈到了使用粒子追踪来计算“洗涤”，这就是血细胞在心脏泵中停留多长时间。他们发现他们可以通过逃生时间对颗粒进行分类，并使用模拟计算晚期血液损伤。

汉森说，他和雅培团队为此设计使用了300多个型号以及数十种产品和原型。乐动体育app无法登录模拟使他们有可能创建一个优化的LVAD系统，并开发Heartmate 3™LVAD用于实际使用。

到目前为止，伴侣的LVAD为心力衰竭挽救了35,000多人的生命。一些患者继续参加马拉松比赛并参加许多其他运动和活动，但是这些系统真正令人印象深刻呢？他们保持心脏跳动，患者的活力和良好。

是否想了解有关雅培心脏泵模拟和LVAD系统设计的更多信息？观看视频这篇文章的顶部。

Heartmate 3是雅培集团公司的商标。