基于伴随方法的形状优化以降低生物医学应用中的流动诱导溶血

本文报道了一种用于最小化生物医学设备中溶血诱导的形状优化方法的推导与实现。溶血是一种血液损伤现象，可能发生在存在大速度梯度的机械血液处理应用中。受损血液水平升高会导致免疫系统和生活质量恶化。因此，通过改进下一代生物医学机械的设计来最小化流动诱导溶血十分重要。重点在于构建一个连续伴随补充模型，对应于专门用于高效识别形状对溶血敏感性的幂律溶血预测模型。该计算方法针对基准问题的解析解进行了验证，并且计算得到的灵敏度导数通过在通用二维狭窄几何上的有限差分研究进行了验证。所包含的应用针对具有生物医学设备典型特征的三维管道几何。识别出了一个优化形状，可使溶血诱导潜在改善高达22%。结果表明，该改善在不同文献报道的溶血评估参数下均保持存在。