moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2025.48.1.028 1827 Влияние геометрических параметров насосов аппарата вспомогательного кровообращения на их гемолитические характеристики Influence of geometric parameters of ventricular assist device pumps on hemolytic performance Кротов Кирилл Владимирович Krotov Kirill Vladimirovich krotovkv@yandex.ru aff-1 Хаустов Александр Иванович Khaustov Alexangr Ivanovich khaustov.alex@mail.ru aff-2 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) Moscow Aviation Institute (National Research University) Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) Moscow Aviation Institute (National Research University) 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2025.48.1.028 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

В работе представлены результаты анализа влияния геометрических параметров насоса аппарата вспомогательного кровообращения на его гемолитические характеристики. Актуальность исследования обусловлена необходимостью модернизации существующих насосов, проектирования новых насосов, а также отсутствием исследований, устанавливающих закономерности между геометрией насосов и их гемолитическими характеристиками. Прототипом является осевой четырехлопастной насос аппарата вспомогательного кровообращения, который в настоящее время применяется в клинической практике. Для анализа использовано гидродинамическое моделирование течения жидкости в насосе в программном пакете OpenFOAM11 методом конечных объемов. Расчет произведен с использованием MRF, технологии NonConformalCoupling и модели турбулентности LowRe k-ω SST. Установлено, что уменьшение диаметра периферии, увеличение угла диагональности втулки и увеличение ее диаметра приводят к снижению суммарного индекса гемолиза для подачи 2,4 л/мин, а увеличение угла диагональности и уменьшение диаметра периферии приводят к снижению суммарного индекса гемолиза для подачи 5,4 л/мин. Материалы статьи представляют практическую ценность в проектировании и модернизации осевых насосов аппаратов вспомогательного кровообращения.

This paper presents an analysis of the impact of ventricular assist device (VAD) pump geometry on hemolytic performance. The relevance of the study is driven by the necessity to improve existing pumps, design new pumps, and address the lack of research on the correlation between pump geometry and hemolysis. The prototype is an axial four-blade ventricular assist pump currently used in clinical practice. To conduct the analysis, hydrodynamic modelling of fluid flow in the pump was performed using the finite volume method in OpenFOAM11. The numerical simulations were carried out using MRF and NonConformalCoupling technologies along with the LowRe k-ω SST turbulence model. It has been found that reducing the outer diameter, increasing the hub skew angle, and increasing the hub diameter lead to a lower total hemolysis index at a flow rate of 2.4 L/min, similarly, increasing the hub skew angle and reducing the outer diameter decrease total hemolysis index at a flow rate of 5.4 L/min. The findings of the study provide practical value for the design and modernization of axial pumps in ventricular assist devices.

 насос вычислительная гидродинамика аппарат вспомогательного кровообращения гемолитические характеристики индекс гемолиза OpenFOAM метод конечных объемов pump computational fluid dynamics ventricular assist device hemolysis index hemolysis performance OpenFOAM finite volume method Исследование выполнено без спонсорской поддержки. The study was performed without external funding. References Townsend N., Kazakiewicz D., Wright F.L., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 2022;19:133–143. https://doi.org/10.1038/s41569-021-00607-3 Savarese G., Lund L.H. Global Public Health Burden of Heart Failure. Cardiac Failure Review. 2017;3(1):7–11. https://doi.org/10.15420/cfr.2016:25:2 Savarese G., Becher P.M., Lund L.H., Seferovic P., Rosano G.M.C., Coats A.J.S. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 2022;118(17):3272–3287. https://doi.org/10.1093/cvr/cvac013 Miller L.W., Pagani F.D., Russell S.D., et al. Use of a Continuous-Flow Device in Patients Awaiting Heart Transplantation. New England Journal of Medicine. 2007;357(9):885–896. https://doi.org/10.1056/NEJMoa067758 Llerena-Velastegui J., Santafe-Abril G., Villacis-Lopez C., et al. Efficacy and Complication Profiles of Left Ventricular Assist Devices in Adult Heart Failure Management: A Systematic Review and Meta-Analysis. Current Problems in Cardiology. 2024;49(1). https://doi.org/10.1016/j.cpcardiol.2023.102118 Selmi M., Chiu W.-Ch., Chivukula V.K., et al. Blood damage in Left Ventricular Assist Devices: Pump thrombosis or system thrombosis? International Journal of Artificial Organs. 2019;42(3):113–124. https://doi.org/10.1177/0391398818806162 Reul H.M., Akdis M. Blood pumps for circulatory support. Perfusion. 2000;15(4):295–311. https://doi.org/10.1177/026765910001500404 Sorguven E., Ciblak N., Okyar A.F., et al. Flow Simulation and Optimization of a Left Ventricular Assist Device. In: Volume 8: Heat Transfer, Fluid Flows, and Thermal Systems, Parts A and B: Proceedings of the ASME 2007 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 11–15 November 2007, Seattle, USA. ASME; 2007. pp. 1401–1407. https://doi.org/10.1115/IMECE2007-41747 Oran E., Abo-Serie E., Jewkes J., Henry M., Oran B. Design and optimisation of an Intra-Aortic Shrouded rotor axial pump. Journal of Biomechanics. 2024;162. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2023.111858 Khaustov A.I., Boyarskii G.G. The Influence of Manufacturing Technology of a Micropump for Auxiliary Blood Circulation on Its Pumping and Hemodynamic Characteristics. Biomedical Engineering. 2023;56(6):387–391. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10242-6 Кротов К.В., Хаустов А.И., Боярский Г.Г. Моделирование травмы крови в силовом поле. В сборнике: Математическое моделирование на супер-ЭВМ экса- и зеттафлопсной производительности: I Всероссийская школа-семинар НЦФМ, 05–09 декабря 2022 года, Саров, Россия. Саров: Российский федеральный ядерный Центр – Всероссийский НИИ экспериментальной физики; 2022. С. 56–57. https://doi.org/10.53403/9785951505224_56 Хаустов А.И., Невзоров А.М., Иткин Г.П. Особенности проектирования насосов для вспомогательного кровообращения. В сборнике: XI Всероссийский съезд трансплантологов с международным участием: Материалы съезда: Тезисы докладов, 21–23 сентября 2022 года, Москва, Россия. Москва: Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова; 2022. С. 151. Хаустов А.И., Боярский Г.Г., Кротов К.В. Разработка микронасосной системы для поддержки кровообращения. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2022;25(5):104–112. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-5-104-112 Кулешов А.П., Иткин Г.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А. Математическая оценка гемолиза канального центробежного насоса. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2020;22(3):79–85. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2020-3-79-85 Giersiepen M., Wurzinger L.J., Opitz R., Reul H. Estimation of Shear Stress-related Blood Damage in Heart Valve Prostheses – in Vitro Comparison of 25 Aortic Valves. International Journal of Artificial Organs. 1990;13(5):300–306. https://doi.org/10.1177/039139889001300507 Thamsen B., Blümel B., Schaller J., et al. Numerical Analysis of Blood Damage Potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD Rotary Blood Pumps. Artificial Organs. 2015;39(8):651–659. https://doi.org/10.1111/aor.12542

The authors declare that there are no conflicts of interest present.