A Structured Approach to the Design of Minimally Traumatic Blood Pumps
微创血泵设计的结构化方法
基本信息
- 批准号:10178074
- 负责人:
- 金额:$ 67.86万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-05-25 至 2024-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAdhesionsAdverse effectsAdverse eventAnimal TestingAnimalsAnticoagulationArtificial HeartBloodBlood PlateletsCardiovascular systemClinicalClinical DataClinical TrialsCoagulation ProcessCodeCommunicationComplexComputer ModelsComputer SimulationComputing MethodologiesCouplesCritical PathwaysDestinationsDevelopmentDevicesGeometryGoalsHeartHeart ValvesHeart failureHemolysisHemorrhageImmune systemImplantIn VitroIndividualIschemic StrokeLiquid substanceLocationMeasuresMethodsModelingMorbidity - disease rateOperative Surgical ProceduresPatientsPerformancePhasePhysicsPlatelet ActivationPredispositionProcessPulsatile FlowPumpReportingResearchResolutionSafetySeveritiesSiteSource CodeSpeedStrokeStructureStudy modelsSurgical complicationSystemTestingTherapeutic EmbolizationThromboembolismThrombosisThrombusTimeTransplantationUnited States Food and Drug AdministrationWhole Bloodbaseblood damageblood pumpcomputational platformdesignimprovedin vivoleft ventricular assist devicemodels and simulationopen sourcepre-clinicalpreclinical developmentprototypeshear stresssimulationstroke incidencetemporal measurementtoolventricular assist device
项目摘要
Project Summary / Abstract
The objective of this research is to develop improved analytical and experimental methods used in a structured
approach for the design of blood pumps with reduced potential for adverse events. We propose to continue our
efforts focusing on the development of a computational platform using an open source code that integrates
and couples shear-induced blood damage, thrombosis susceptibility potential, platelet activation, and
thrombosis models simultaneously during the design process. Currently, only hemolysis models are used in
the design phase and platelet activation used in rare cases, but neither has been integrated into a single
computational model simultaneously. Our use of large eddy simulation computational fluid dynamics (CFD)
provides a flow field capturing much of the turbulent flow field. We will apply this structured approach on a
prototype bladed rotary ventricular assist device (VAD) that we are developing. To accomplish these goals, we
will focus on the following specific aims:
1. Integrate a newly developed shear-induced blood damage model based upon dissipation (7), a thrombosis
susceptibility potential (TSP) (8-10), and a platelet activation model (11) into a single computational
platform to design a rotary blood pump incorporating the interaction of the VAD and native heart pulsatility.
This research is intended to culminate in inclusion of a continuum-based macroscopic thrombosis model to
refine the pump design.
2. Develop a continuum-based macroscopic thrombosis model for both laminar and turbulent flow and shear
induced platelet activation that will be used to refine the pump design. The thrombosis model will be
validated through in vitro platelet adhesion studies using a rotating disk system (RDS), an in vitro backward
facing step (BFS) model using whole blood, and clinical LVAD patients.
3. Perform in vivo animal studies of a prototype rotary VAD system in non-anticoagulated animals to a)
assess location, severity, and time course of thrombosis and embolization, b) study the effect of pump
speed and pulsatile flow, and c) measure platelet activation, global coagulation, and hemolysis.
This research will yield improved design and analysis tools in a structured approach that will be applicable to a
broad range of blood pumps and blood contacting cardiovascular devices.
项目概要/摘要
本研究的目的是开发改进的分析和实验方法,用于结构化
一种降低不良事件可能性的血泵设计方法。我们建议继续我们的
致力于使用开源代码开发计算平台,该平台集成了
以及剪切引起的血液损伤、血栓形成易感性、血小板活化和
在设计过程中同时进行血栓形成模型。目前,仅使用溶血模型
设计阶段和血小板激活在极少数情况下使用,但两者都没有被整合到一个单一的
同时计算模型。我们使用大涡模拟计算流体动力学 (CFD)
提供捕获大部分湍流流场的流场。我们将把这种结构化方法应用于
我们正在开发原型叶片旋转心室辅助装置(VAD)。为了实现这些目标,我们
将重点实现以下具体目标:
1. 整合新开发的基于耗散(7)血栓形成的剪切诱导血液损伤模型
易感性电位 (TSP) (8-10) 和血小板激活模型 (11) 集成到单个计算中
平台设计结合了 VAD 和自然心脏搏动的相互作用的旋转血泵。
这项研究的目的是最终纳入基于连续体的宏观血栓形成模型
完善泵的设计。
2. 开发基于连续介质的层流、湍流和剪切宏观血栓形成模型
诱导血小板活化,将用于完善泵的设计。血栓模型将是
通过使用旋转盘系统 (RDS) 的体外血小板粘附研究进行验证,这是一种体外逆向
使用全血的面向步骤(BFS)模型,以及临床 LVAD 患者。
3. 在非抗凝动物中进行原型旋转 VAD 系统的体内动物研究:
评估血栓和栓塞的位置、严重程度和时间进程,b) 研究泵的效果
速度和脉动血流,c) 测量血小板活化、整体凝血和溶血。
这项研究将以结构化方法产生改进的设计和分析工具,适用于
广泛的血泵和血液接触心血管设备。
项目成果
期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Kinetic and Dynamic Effects on Degradation of von Willebrand Factor.
血管性血友病因子降解的动力学和动态效应。
- DOI:
- 发表时间:2023-05-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Jhun, Choon;Xu, Lichong;Siedlecki, Christopher;Bartoli, Carlo R;Yeager, Eric;Lukic, Branka;Scheib, Christopher M;Newswanger, Raymond;Cysyk, Joshua P;Shen, Chan;Bohnenberger, Karl;Weiss, William J;Rosenberg, Gerson
- 通讯作者:Rosenberg, Gerson
In vitro real-time magnetic resonance imaging for quantification of thrombosis.
用于量化血栓形成的体外实时磁共振成像。
- DOI:
- 发表时间:2021-04
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yang, Ling;Neuberger, Thomas;Manning, Keefe B
- 通讯作者:Manning, Keefe B
Toward modeling thrombosis and thromboembolism in laminar and turbulent flow regimes.
模拟层流和湍流流态中的血栓形成和血栓栓塞。
- DOI:
- 发表时间:2022-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Tobin, Nicolas;Manning, Keefe B
- 通讯作者:Manning, Keefe B
In Vivo Evaluation of a Physiologic Control System for Rotary Blood Pumps Based on the Left Ventricular Pressure-Volume Loop.
基于左心室压力-容量环的旋转血泵生理控制系统的体内评估。
- DOI:
- 发表时间:2022-06-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Cysyk, Joshua;Jhun, Choon;Newswanger, Ray;Pae, Walter;Izer, Jenelle;Flory, Heidi;Reibson, John;Weiss, William;Rosenberg, Gerson
- 通讯作者:Rosenberg, Gerson
Mathematical and Computational Modeling of Device-Induced Thrombosis.
装置引起的血栓形成的数学和计算模型。
- DOI:10.1016/j.cobme.2021.100349
- 发表时间:2021-09-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:K. Manning;F. Nicoud;Susan M. Shea
- 通讯作者:Susan M. Shea
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