혈액의 용혈을 고려한 원심형 혈액 펌프 설계
Design of Centrifugal Blood Pump Considering of Hemolysis in Blood
- 주제(키워드) 원심형 혈액 펌프 , ECMO , VAD , 용혈 , 전산유체역학
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000062043
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
혈액 펌프는 심혈관 질환 환자의 순환기 기능을 보조하는 심폐순환 보조장치의 중요 구성품으로 심장의 역할을 대신한다. 의료기기인 혈액 펌프 설계 시에는 산업용 펌프와는 다르게 기계적 성능(유량, 압력 강하)과 생체역학적 성능(용혈, 혈전)을 함께 고려해야 한다. 본 연구에서는 심폐순환 보조장치 중에서 ECMO와 VAD 장치에 사용되는 혈액 펌프를 1차원적 설계 기법을 활용하여 설계하였고 해당 혈액 펌프는 슈라우드를 가진 임펠러와 볼루트가 있는 형상이다. 또한, 혈액 펌프 내부의 유동장 및 유동 특성을 확인하기 위해 수치해석을 수행하였고 생체역학적 성능의 관점에서는 용혈(혈액 내의 적혈구가 파괴되어 헤모글로빈이 외부로 유출되는 현상)을 고려하였다. 수치해석을 통해 용혈을 예측하기 위해 전단 응력만을 고려하여 transport equation을 이용하는 기법을 개발하였다. 해당 기법을 검증하기 위해 자체 설계 혈액 펌프를 기존에 개발된 power-law 기법, volume integration 기법을 적용해 수치해석하여 실험값과 비교하였다. 비교 결과 transport equation 기법이 실험과 같은 경향성을 나타내어 가장 정확하게 용혈을 예측함을 알 수 있다. 이 기법을 토대로 용혈 발생이 감소하는 방향으로 설계개선을 수행하였다.
more초록/요약
The management of heart failure has extremely improved by means of cardiopulmonary circulatory assist devices. One of the main components of cardiopulmonary circulation assist devices is blood pump which replaces the heart’s role in patients with cardiovascular disease. Mechanical performance (flow rate, pressure head) and biomedical factor(hemolysis, thrombosis) are the two main factors to be considered in the design of blood pump. In the present study, numerical simulation was carried out to investigate the development of centrifugal blood pump impeller and its supporting systems (e.g. a shroud and a volute), specifically focusing on the performances during ECMO and VAD condition using 1-D design approach. Numerical analysis was carried out to analysis of the flow field and flow characteristics inside the blood pump. Also, the hemolysis(hemolysis is the rupturing of red blood cells and the release of their contents into surrounding fluid) has been considered in terms of biomechanical performance. A further developed on transport equation using shear stress have been proposed for calculating the hemolysis. To verify the hemolysis prediction method, three self-designed blood pump was compared with the experimental data using the power-law method and volume integration method. A comprehensive comparison confirmed that, the transport equation method shows the same tendency as that found by experimental data and predicts the hemolysis most accurately. Based on this approach, the new design has been performed in the direction of reducing hemolysis.
more