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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