一種新型氧合器的設計、數(shù)值仿真與實驗研究

岳明昊，張世耀，李紀念，劉會超，蘇子華，王亞偉，陳增勝，林世航，李晉渝，成雅科，胡永飛，賈存鼎，徐明洲*

（1.北京航天長峰股份有限公司，北京 100039；2.北京航空航天大學，北京 100191）

0 引言

體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）是體外循環(huán)領域最先進的技術之一，ECMO 設備屬于重癥救治領域的高端醫(yī)療器械。ECMO 設備的研制、生產能力在一定程度上代表了一個國家的高端醫(yī)療器械科技水平[1-4]。氧合器是ECMO 設備的核心部件，主要功能是進行血氧交換和二氧化碳清除。

在氧合器設計中，血流通路的設計十分重要，會直接影響氧合器跨膜壓差、傳熱性能和血氧交換性能。目前臨床應用中ECMO 設備存在長時間運行的情況，因此血栓發(fā)生率高、血氧交換效率降低的問題較常見。這與氧合器整體血流流路設計不好，存在大量流動死區(qū)，導致血液流通擴散效率不佳，使一部分紅細胞無法及時進行血氧交換等原因有關[5-6]。

基于ANSYS FLUENT（下文簡稱“ FLUENT”）軟件的流場仿真技術[7-8]，長期以來一直應用于氧合器血液流場設計中，該仿真技術在分析氧合器內部流場（如壓力、速度、血液損傷、血氧交換等）參數(shù)方面具有一定優(yōu)勢，該技術的應用能夠節(jié)約研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，對后續(xù)工程化具有指導意義。

本研究在現(xiàn)有氧合器的基礎上設計一款新型氧合器，其綜合性能明顯提高。本文利用FLUENT 軟件對其進行數(shù)值仿真，并對氧合器樣機進行性能實測，通過與Quadrox 氧合器進行對比，驗證本文設計氧合器的優(yōu)越性和創(chuàng)新性。

1 氧合器血液通路設計

氧合器共包括血液通路、氣體通路和水通路，其設計重點在于血液通路的拓撲結構，因為血液通路在整個氧合器內部占據了80%左右的空間，其優(yōu)劣直接決定了熱交換和血氧交換效率，同時影響血栓的形成。……