Norwood 术后大规模高剪切流中红细胞损伤的多尺度模拟

心血管手术和机械循环辅助设备会产生非生理性血流条件，这可能造成有害影响，尤其是对儿科患者而言。并发症的一个来源是由局部超生理剪切场引起的机械性红细胞损伤。为了解此类并发症，我们引入了一个多尺度数值模型，以预测一组理想化解剖结构中发生溶血的风险。我们采用内部 CFD 求解器，结合拉格朗日追踪和细胞分辨流固耦合，来测量红细胞膜上由流动诱导的应力和应变。Norwood 手术因其在单心室人群生存中的重要性而被选中，该手术已知与高死亡率相关。我们模拟了三种解剖结构，包括 2.5mm 和 4.0mm 直径的改良 Blalock-Taussig (BT) 分流以及一个 2.5mm 中央分流 (CS)，每种情况包含数百个红细胞以进行统计分析。结果表明，这些手术产生的条件可使红细胞伸长超过两倍（2.5mm BT 分流中占 3.1% 的红细胞，4mm BT 分流中占 1.4%，CS 中占 8.8%）。剪切和面应变指标还表明，中央分流对红细胞膜造成的变形最大，表明与 BT 分流相比，它是一种更易导致溶血的手术。在两种 BT 分流之间，较小直径的分流略微更易发生溶血。当考虑应变历史和不同的损伤阈值时，这些结论得到了证实。基于这些指标生成的空间损伤图突显了与分流血栓形成的临床影像相匹配的热区。