效率-血液相容性悖论：微型轴流式p-LVAD架构的拉格朗日与欧拉对比分析

《Annals of Biomedical Engineering》：The Efficiency-Hemocompatibility Paradox: A Comparative Lagrangian and Eulerian Analysis of Micro-axial p-LVAD Architectures

摘要

背景

经皮左心室辅助装置（p-LVAD）需要在液压效率与血液相容性之间保持微妙的平衡。尽管欧拉湍流模型在计算速度方面具有优势，但相较于成熟的拉格朗日框架，其在复杂微轴几何构型中预测血液机械损伤的可靠性仍尚不明确。

方法

我们采用计算流体力学方法，在20种工况下评估了四种p-LVAD构型。模型1至3采用压出式架构，模型4则采用具有扩展轮毂的吸入式构型。血液相容性评估采用两种基于欧拉湍流的指标（HI₁、HI₂）和两种拉格朗日度量指标：中位应力累积（Median SA）和平均超阈值暴露时间（t_ATA）。

结果

在吸入式泵中识别出一个关键的设计悖论：扩展轮毂虽通过防止流动分离提高了液压效率，但同时造成了高速瓶颈效应，显著升高了整体剪切力。因此，吸入式设计中较高的液压效率与拉格朗日血液损伤的增加相关。欧拉指标主要充当"转速追踪器"的角色，与Womersley数呈现近乎完美的相关性（R?>?0.94），但无法捕捉由几何构型引起的应力峰值。相比之下，拉格朗日指标提供了对机械载荷的敏感、多变量评估。

结论

当整体剪切力为主要损伤机制时，欧拉模型不足以评估微轴泵。拉格朗日粒子追踪法（中位SA和t_ATA）仍是p-LVAD优化所必需的高保真标准。这些发现突显了压出式泵架构在流体动力学方面的优势，为降低高剪切力暴露提供了一种优于吸入式装置的令人信服的工程策略。