Modélisation du phénomène d’hémolyse au sein d’un dispositif d’assistance ventriculaire gauche (LVAD)

Abstract

Les défis du développement des pompes à sang incluent l'apparition de phénomènes naturels indésirables tels que l'hémolyse et la thrombose. Une solution potentielle consiste à utiliser des modèles mathématiques pour prédire et éliminer les sources de ces phénomènes, en particulier la modélisation de l'hémolyse pour les dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVAD). Cette thèse présente une nouvelle méthodologie pour simuler le phénomène d'hémolyse basée sur des mesures expérimentales, avec l'objectif principal d'évaluer le nouveau modèle à l'aide d'outils numériques dans différentes géométries. Trois cas de test ont été examinés : Le cas test de la tuyère FDA, le cas test de la pompe FDA et la pompe à sang FineHeart (ICOMS), dans le but de fournir des recommandations pour réduire l'indice d'hémolyse de la pompe à sang FineHeart.L'étude a commencé par des simulations numériques pour valider le nouveau modèle d'hémolyse pour le cas test de la tuyère FDA. Les simulations ont été effectuées à l'aide de trois modèles turbulents, et le modèle k-ω SST s'est avéré le plus fiable. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant trois expressions différentes de la contrainte de cisaillement équivalente et les valeurs obtenues ont été comparées aux données expérimentales. Les résultats ont montré que l'expression τ_n était la plus fiable. l'effet de la constante C_n a été étudié dans l'expression de τ_n pour différentes espèces avait un impact significatif sur l'hémolyse, en particulier pour le sang bovin et le sang humain. Enfin, une plage appropriée pour la constante a été déterminée comme étant 18 < C_n < 30 en comparant la courbe obtenue avec du sang bovin à la plage expérimentale de MIH dans trois conditions de fonctionnement différentes.La deuxième partie de l'étude s'est concentrée sur le développement de méthodes numériques pour prédire l'hémodynamique et l'hémolyse du flux sanguin à l'intérieur pompe FDA. Le modèle Power-law a été utilisé avec l'approche eulérienne et la même expression de contrainte de cisaillement équivalente que la première partie de l'étude a été testée.. Les prédictions numériques ont été validées en comparant les résultats CFD aux mesures FDA PIV pour trois conditions opérationnelles. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant la contrainte équivalente τ_n et s'est avéré fournir des résultats précis malgré les incertitudes expérimentales. L'impact de la constante C_n sur l'hémolyse pour différentes espèces conclu que la plage appropriée pour la constante est 18<C_n<27.Des simulations en régime permanent et transitoire pour prédire les aspects hémodynamiques et hémolytiques de la pompe à sang FineHeart (ICOMS) ont été menées, visant à identifier les sources d'hémolyse dans l'appareil. Les simulations ont été validées sur la base de tests de boucle de corrélation et de mesures PIV, et les résultats ont montré un bon accord entre les données numériques et expérimentales. Le modèle d'hémolyse validé a été ajouté aux simulations et les paramètres hémolytiques ont été calculés, comparés et validés avec les données FineHeart pour deux configurations de fonctionnement de la pompe. Les sources d'hémolyse comme des espaces entre les pièces rotatives et fixes et les bords d'attaque et de fuite des pales ont été identifiées. quelques suggestions pour améliorer la conception des pompes à sang axiales sur la base de ces résultats ont également été fournis.