6 / 28
VI
Medical
MEDICAL 15 -
OTTOBRE 2017
Hansen ha iniziato a usare il software COMSOL Mul-
tiphysics nel 2011 e da allora ha creato più di 230 model-
li, che rispondono a un’ampia gamma di sfide progettua-
li, tutte relative a un unico ambito, quello dei dispositivi
di pompaggio artificiali.
Per ogni nuova generazione di LVAD introdotta sul mer-
cato, sono stati apportati perfezionamenti che hanno
contribuito a migliorare la sicurezza e la qualità di vita
del paziente. Le ricerche in ambito R&D in St. Jude Me-
dical si concentrano sul miglioramento di biocompati-
bilità, emocompatibilità e immunocompatibilità del di-
spositivo, in modo che questo non provochi una risposta
immunitaria contraria né interferisca con altri apparati.
La simulazione numerica è fondamentale per includere
queste considerazioni nel progetto finale.
Geometria e dimensioni rivestono un ruolo importante
per l’efficacia complessiva del dispositivo. Per impianta-
re un LVAD, il chirurgo collega un’estremità del dispo-
sitivo al ventricolo sinistro e l’altra all’aorta ascenden-
te (Fig. 2). Minori sono le dimensioni del dispositivo,
minore è l’ingombro; e quindi è meno probabile che
questo interferisca con il tessuto o con gli organi circo-
stanti. La simulazione consente di valutare le variazioni
di dimensione o di geometria del progetto della pompa
ventricolare sinistra prima che questa venga impiantata
in un prototipo fisico.
Ottimizzare il progetto di un LVAD per favorirne
la biocompatibilità
Per lo sviluppo della pompa centrifuga dell’LVAD sono
state necessarie numerose simulazioni. Una sfida asso-
ciata alla realizzazione di questi dispositivi è quella di
prevenire la formazione di coaguli in qualunque punto
all’interno della pompa o intorno a essa. Per risolvere
questo problema, è stato sviluppato un rotore a levitazio-
ne magnetica, che ha eliminato la necessità di introdur-
re cuscinetti a sfera e altri componenti la cui geometria
potrebbe favorire la coagulazione. Hansen ha usato la
tecnologia di modellazione Rotating Machinery disponi-
bile in COMSOL Multiphysics per modellare sia il rotore
a levitazione magnetica sia il flusso turbolento.
Un magnete permanente nel rotore della pompa viene
azionato da 12 bobine situate nello statore. Le bobine
esercitano una coppia sul rotore, oltre a esercitare un
controllo attivo della posizione dell’asse del rotore. La
posizione verticale – o levitazione – del rotore è determi-
nata dal campo magnetico e non necessita di controllo
attivo. Il rotore riceve sangue assialmente e lo ridirezio-
na radialmente, nelle volute, o nel collettore di fluido
(Fig. 3). Una parte del sangue rifluisce intorno ai bordi
esterni e fluisce nuovamente nell’inlet del rotore e ciò
Fig. 2 –
Equipaggiamento esterno di un LVAD. Immagine gentilmente con-
cessa da St. Jude Medical
Fig. 3 –
(a)
Schema della pompa centrifuga di un LVAD.
(b)
Visualizzazione
del rotore a levitazione magnetica, che elimina la necessità di cuscinetti a
sfera e altri componenti le cui geometrie potrebbero favorire la formazione
di coaguli. Qui vengono mostrate la magnitudo e la direzione del campo
magnetico nel rotore, ma anche la magnitudo del campo magnetico nello
statore.
(c)
Simulazione fluidodinamica 3D che rappresenta la velocità del
fluido nella pompa
b
a
c