Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Verhalten von Blut in charakteristischen Strömungssituationen zur Vorhersage mechanischer Blutschädigung

对血液在特征流动情况下的行为进行实验和数值研究，以预测机械性血液损伤

• 批准号: 5452628
• 负责人: Professorin Dr.-Ing. Birgit Glasmacher
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Mehrphasenprozesse (IMP)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2004-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5452628?language=en
• 关键词: Experimentelle; und; numerische; Untersuchungen; zum

Das geplante Vorhaben soll die Möglichkeit zur Vorhersage mechanisch induzierter Blutschädigung in blutführenden Apparaten eröffnen. Ein Zuordnung lokaler Belastungssituationen zu entsprechenden Teilschädigungen ist bislang nicht möglich, da sich experimentell nur Gesamtschädigungswerte ermitteln lassen. Dies erschwert die Verbesserung der Blutverträglichkeit (Hämokompatibilität) von kardiovaskulären Systemen wie beispielsweise von Rotationsblutpumpen erheblich. Zur Korrelation der lokalen Belastungssituation mit einer entsprechenden Teilschädigung der Erythrozyten ist die genaue Kenntnis der Strömungs- und Zellbewegungen innerhalb eines medizintechnischen Systems erforderlich. Dazu soll, auf einem Modellsystem für zeitkonstante Schwerbelastungen aufbauend, eine Scherkammer realisiert werden, in der Humbanblut gezielt zeitlich wechselnden und auch wiederholten Belastungen ausgesetzt werden kann, wie sie in Rotationsblutpumpen zu erwarten sind. Die Analyse der genauen Strömungs- und Zellbewegungen soll anhand der numerischen Simulation erfolgen, da lokale Strömungsinformationen in der mit Blut gefüllten Scherkammer experimentell kaum zugänglich sind. In den CFD-Sover wird ein mehrphasiges Modell implementiert, welches sowohl die strukturviskosen Fließeigenschaften des Blutes und deren Abhängigkeit vom Hämatokrit wiedergibt, als auch die Migration der Erythrozyten in der Messapparatur abbildet. Nach einer Validierung der Strömungssimulation mit Druckverlustmessungen in der Scherkammer wird das Modell um einen empirischen Schädigungsansatz erweitert, welcher zuvor anhand der durchgeführten Versuche zu entwickeln ist. Aus der Kenntnis der lokalen Belastungsverhältnisse in Verbindung mit den experimentell erarbeiteten Schädigungsdaten wird ein prognosefähiges Schädigungsmodell entwickelt. Mit der numerischen Strömungssimulation und dem entwickelten Schädigungsmodell ist es nun möglich die mechanische Blutverträglichkeit verschiedener blutführender Systeme zu beurteilen. Basierend auf dieser Ist-Analyse kann mit Hilfe der Strömungssimulation eine Geometrieoptimierung zur Minimierung der Blutschädigung durchgeführt werden. Die Entwicklung neuer Apparate wird durch die Simulation dahingehend unterstützt, dass vor dem Bau des ersten Prototypen bereits eine Blutverträglichkeitsanalyse in Verbindung mit einer gegebenenfalls erforderlichen Geometrieoptimierung durchgeführt wurde. Auf diese Weise können die Entwicklungskosten neuer Apparate minimiert werden.

Das geplante Vorhaben soll die Möglichkeit zur Vorhersage mechanisch induzierter Blutschädigung in blutführenden Apparten eröffnen。Ein Zuordnung lokaler Belastungssituationen zu entsprechenden Teilschädigungen ist bislang nicht möglich，da sich experimentell努尔Gesamtschädigungswerte ermitteln lassen. Dies erschwert die Verbesserung der Blutverträglichkeit（Hämokompatibilität）von kardiovaskulären Systemen wie beispielsweise von Rotationsblutpumpen erheblich. Zur Correlation der lokalen Belastungssituation mit einer entsprechenden Teilschädigung der Erythrozyten ist die genaue Kenntnis der Strömungs- und Zellbewegungen innerhalb eines medizintechnischen Systems erforderlich.因此，在一个时间常数Schwerbelastungen aufbauend的模型系统中，一个Scherkammer实现了韦尔登，在Humbanblut geitlich wechselnden和auch wiederholten Belastungen ausgesetzt韦尔登kann中，它可以像在Rotationsblutpumpen中一样工作。一般Strömungs- und Zellbewegungen的分析是数值模拟的结果，局部Strömungsinformationen在带有Blut gefüllten Scherkammer的实验中可以得到。在CFD-Sover中，将实现一个新的模型，该模型包括Blutes的Fließeigenschaften结构和来自Hämatokrit wiederbit的Abhängigkeit，也包括在Messapparatus abbildet中的Erythrozyten迁移。在Scherkammer中使用Druckverlustmessungen对Strömungssimulation进行验证后，将使用一个经验Schädigungsaniterweitert模型，并将其转换为durchgeführten Versuche zu entwickeln。由于实验性的数据处理方法使本地的Belastungsverhältnisse在Verbindung中得到验证，因此会产生一种新的Schädigungsmodell。通过数值Strömungssimulation和entwickelten Schädigungsmodell ist es nun möglich die mechanische Blutverträglichkeit versatiedener blutführender Systeme zu beurteilen.在此基础上，可以利用Strömungssimulation工具进行几何优化，以最小化韦尔登磨损。新的外观设计将通过模拟来理解，因为前一个原型的结构将在Verbindung中进行一个Blutverträglichkeitsanalysis，并通过几何优化来实现。在这段时间里，我们发现了一种新的最小化韦尔登外观。