Análisis CFD de la fluidodinámica y hemocompatibilidad del dispositivo de asistencia ventricular izquierda HeartMate III

Abstract

[ES] Este Trabajo Fin de Máster se centra en el estudio CFD de la hemodinámica y la hemocompatibilidad del dispositivo de asistencia ventricular izquierda HeartMate III. Para el análisis computacional se ha desarrollado un modelo robusto CFD, empleando el software STARCCM+ de SIEMENS, con todos los fenómenos físicos y condiciones iniciales que gobiernan el problema. Se imponen como condiciones de contorno el caudal trasegado y la velocidad de rotación del rotor, empleando el método “Moving Reference Frame” (MRF) para simular el movimiento. El análisis hemodinámico elaborado consiste en la obtención de los mapas de funcionamiento del HeartMate III en términos de salto de presión, potencia y eficiencia. Además, se visualiza la distribución de velocidad relativa en función del caudal y régimen de giro para ubicar las zonas de recirculación. En cuanto al daño sanguíneo provocado por el dispositivo, se estudia el Índice de Hemólisis mediante el método Euleriano y Lagrangiano; relacionando dicho parámetro con la distribución de esfuerzos cortantes y el tiempo de residencia. Cabe destacar, que este estudio se ha desarrollado en régimen estacionario y los resultados del mapa de funcionamiento de salto de presión se han validado experimentalmente.

[EN] This Master Thesis focuses on the CFD study of the hemodynamics and hemocompatibility of the HeartMate III left ventricular assist device. For the computational analysis, a robust CFD model has been developed, using the STAR-CCM+ software from SIEMENS, with all the physical phenomena and initial conditions that govern the problem. The boundary conditions imposed are the flow rate and the rotational speed of the rotor, using the "Moving Reference Frame" (MRF) method to simulate the movement. The hemodynamic analysis consists of obtaining the performance maps of the HeartMate III in terms of pressure head, power and efficiency. In addition, the relative velocity distribution is visualized as a function of flow rate and rotational speed to locate the recirculation zones. As for the blood damage caused by the device, the Hemolysis Index is studied using the Eulerian and Lagrangian method, relating this parameter to the shear stress distribution and the residence time. It should be noted that this study has been carried out in steady state and the results of the pressure head operation map have been validated experimentally.

[CA] Aquest Treball Final de Màster se centra en l'estudi CFD de l'hemodinàmica i l'hemocompatibilitat del dispositiu d'assistència ventricular esquerra HeartMate III. Per a l'anàlisi computacional s'ha desenvolupat un model robust CFD, empleant el programa STARCCM+ de SIEMENS, amb tots els fenòmens físics i condicions inicials que governen el problema. S'imposen com a condicions de contorn el cabal trasbalsat i la velocitat de rotació del rotor, emprant el mètode “Moving Reference Frame” (MRF) per a simular el moviment. L'anàlisi hemodinàmic elaborat consisteix en l'obtenció dels mapes de funcionament del HeartMate III en termes de salt de pressió, potència i eficiència. A més, es visualitza la distribució de velocitat relativa en funció del cabal i règim de gir per a situar les zones de recirculació. En quant al mal sanguini provocat pel dispositiu, s'estudia l'Índex d'Hemòlisi mitjançant el mètode Eulerià i Lagrangià; relacionant aquest paràmetre amb la distribució d'esforços tallants i el temps de residència. Cal destacar, que aquest estudi s'ha desenvolupat en règim estacionari i els resultats del mapa de funcionament de salt de pressió s'han validat experimentalment.