Flow characterisation of drainage cannulae and centrifugal pumps used in extracorporeal membrane oxygenation: an experimental investigation
Tid: To 2024-04-18 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Federico Rorro , Teknisk mekanik, BioMEx, Linné Flow Center, FLOW
Opponent: Ulrich Steinseifer, RWTH-Aachen
Handledare: Docent Lisa Prahl Wittberg, Linné Flow Center, FLOW, BioMEx, Tillämpad strömningsmekanik; Lars Mikael Broman, ECMO Centre Karolinska, Pediatric Perioperative Medicine and Intensive Care, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden; Louis P. Parker, Linné Flow Center, FLOW, BioMEx, Farkostteknik och Solidmekanik, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik, Sorbonne Université; Fredrik Lundell, Linné Flow Center, FLOW, Wallenberg Wood Science Center, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Teknisk mekanik
Abstract
Extrakorporal membranoxygenering (ECMO) ar en livräddande behandling vid akut andnings- och/eller hjartsvikt. Kärlåtkomst fås via en dräneringskanyl och blodet drivs vidare genom en membranlunga för gasutbyte (syresattning och koldioxidreduktion) av en centrifugalpump. Därefter återförs blodet till patienten via en returkanyl. Även om ECMO är livräddande kan behandlingen leda till blodkroppssönderfall (hemolys) och blodproppsrelaterade komplikationer som följd av de mekaniska påfrestningar blodet utsätts för. Den här avhandlingen fokuserar på ECMO-pumpar och kanylers födesmekanik. Syftet med arbetet var att förbättra den grundläggande föorståelsen för flödesstrukturerna som skapas i de olika komponenterna samtpump prestanda under olika driftförhällanden. Dessa i huvudsakligen experimentella studier anvandes particle image velocimetry (kanyl flöde) och lmning med höghastighetskamera (pumpkarakterisering). Kanyl flöde studeras för två kanyldesigner. Kanylen var placera i ett glasror med motsvarande diameter som nedre hålven. Sju centrifugalpumpar undersoktesavseende prestandakaraktärisering (flöde - tryck) förekomst av "backflöde" vid pumpinloppet. Den senare delen utfördes i kombinationmed numeriska födesberäkningar för att identifiera underliggande orsaker till backflödet. Resultaten visade att kanyl utan sidohål genererade högre skjuvspänningar. Kanyl med sidohål dränerade mest genom sidohålen närmast sugkällan, vilketinte påverkades av kanylposition relativt "kärlvägg". Pumpar med hölje över impellerbladen utvecklade stabila recirkulationszoner längs pumpinloppetssidovägg. Dessa recirkulationsområden bildades från virvelstrukturer som skapadesperifert (sugsidan) runt impellern vilka sedan migrerade ovanpå höljetmot pumpinloppet. Detta arbete ökar förståelsen för den flödesdynamik gällande pumpar och kanylersom används för ECMO. Framför allt beskrivs hur pumpdesignen påverkar uppkomst av specifika flödesstrukturer som påverkar pumparnas effektivitet varifrån resultaten kan komma att användas för förbättring av blodpumpar foratt minska patientkomplikationer.