بررسي عددي انتقال اكسيژن و جريان خون روي آرايه‌هايي از فيبرهاي سه‌بعدي ريه‌ي مصنوعي

براي بيماران مبتلا به بيماري‌هاي مزمن ريوي، ريه‌ي مصنوعي (كه بطن راست قلب جريان خون را به سمت آن پمپاژ مي‌كند)، به عنوان يك مرحله‌ي مقدماتي پيش از پيوند ريه به شمار مي‌آيد. عمل‌كرد اين دستگاه با چندين معيار، از جمله كارآمدي دستگاه در تبادل گاز، عدم آسيب‌رساني به سلول‌هاي خوني و امپدانس پايين در مقايسه با ريه‌ي طبيعي، سنجيده مي‌شود. در اين مطالعه، بررسي عددي جريان خون غيرنيوتني حول آرايه‌هايي از فيبرهاي توخالي، به عنوان مدلي از دسته‌فيبرهاي موجود در ريه‌ي مصنوعي، به روش حجم-محدود صورت گرفت. دو نوع آرايش مربعي و قطري براي فيبرها در نظر گرفته شد تا اثر آرايش، اثر سرعت ورودي روي توزيع جريان، تنش برشي و غلظت اكسيژن تبادل‌شده بين سطح فيبرها و جريان خون، بررسي شود. مشاهده شد كه سرعت جريان و تنش برشي در آرايش قطري به مراتب بيش‌تر از آرايش مربعي است، به طوري كه براي بيشينه‌ي سرعت مورد بررسي (cm/s 87/10)، تنش برشي روي فيبرها در آرايش قطري حدود 5/3 برابر مقدار آن در آرايش مربعي است. هم‌چنين، بين نتايج اين تحليل با نتايج مطالعات ديگري كه در آن‌ها از تبادل اكسيژن صرف نظر شده بود، اختلاف قابل توجهي ديده شد، كه بيان‌گر اهميت مدل‌سازي تبادل گاز مي‌باشد. ميزان دبي جرمي اكسيژن در خروجي دامنه‌ي حل، به عنوان ملاك كارآمدي دستگاه (از ديد تبادل گاز) مورد بررسي قرار گرفت. بر اين اساس، آرايش قطري در تبادل اكسيژن بسيار كارآمدتر است. اما براي آرايش قطري، افت فشار بيش‌تري در عبور از دسته‌فيبرها، نسبت به آرايش مربعي مشاهده شد. نتايج اين شبيه‌سازي مي‌تواند نقطه‌ي شروع مناسبي براي طراحي بهينه‌ي ريه‌ي مصنوعي باشد و در طراحي بهينه‌ي آزمايش‌هاي كلينيكي موثر واقع شود.