基于旋动流的中心静脉导管的设计研究

目的血液透析是维持终末期肾病患者生命的重要手段,其中中心静脉导管(central venous catheter,CVC)被广泛应用于透析治疗的血管通路。CVC在透析过程中因局部的血液湍流而导致的血栓生成是该器械在临床使用中的主要问题。研究发现,人体主动脉弓内血流呈旋动流状态,这种流态可使血液稳定,减小湍流。受此鼓舞,本研究设计出一款腔内血液自发旋动的中心静脉导管,并用计算流体的方法对其进行流场研究。方法以在临床中常用的Niagara导管为原型,在其动脉腔内加上一段类似弹簧状的旋动引导装置。同时对不同横截面半径(分别为0.2、0.6 mm)的旋动引导装置采取Solidworks建模和商用流体仿真软件Fluent进行了数值分析。结果当旋动流引导器的横截面半径增大时,CVC动脉腔内的平均壁面切应力(wall shear stress,WSS)提高(6.34 Pa>4.96 Pa)。然而,较大半径的旋动流引导器在其下游地区产生了更多的低WSS区域(7.18%>2.32%),同时记录到更小的最小WSS值(0.03 Pa<0.06 Pa)。旋动流引导器通过增大横截面半径可提高平均WSS,但同时也增加了低WSS区域的比例,这可能对导管动脉腔的长期稳定性与有效性产生负面影响。因此,未来需进一步探究如何优化旋动流引导器的设计,以实现在提高平均WSS的同时减少低WSS区域,从而更有效地防止血栓形成并延长CVC的使用寿命。