Modeling and validation of gas exchange and multiphase fluid dynamics in hollow fiber oxygenators.
Final Report Abstract
Wichtigste wissenschaftliche Fortschritte: Entwicklung, Implementierung und Validierung eines neuartigen CFD-Modells, das eine Vorhersage des Gastransfers von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid auf Membranfaserebene in Oxygenatoren bereits vor der Herstellung und Testung erster Laborprototypen ermöglicht. Das Modell basiert auf einem Zweiphasenansatz, bei dem zwischen Blutplasma und roten Blutkörperchen makroskopisch unterschieden wird und eine chemische Bindung des Sauerstoffs an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen berücksichtigt wird. - Systematische Untersuchung und Vermessung von Oxygenatoren mit großvolumigen Ablagerungen im Faserbündel, um herauszufinden, welche technisch messbaren Parameter ein frühzeitiges Versagen des Geräts identifizieren. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Messung des CO2-Gehalts am Gasauslass von Oxygenatoren bereits früh und sensibel auf kleinere Abbildungen im Faserbündel reagiert – neben Parametern wie dem Druckverlust ist die CO2-Konzentration am Gasauslass des Oxygenators ein wichtiger Parameter, um „das System extrakorporaler Kreislauf“ zu überwachen und die Sicherheit der Therapie für den Patienten weiter zu erhöhen. Die in der Literatur veröffentlichen CFD-Modelle zur Abbildung des Gastransfers in Oxygenatoren liefern basierend auf eigenen Untersuchungen keine zuverlässige Vorhersage des Gastransfers und sind zum Teil nicht allgemeingültig anwendbar.
Publications
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(2020) How Computational Modeling can Help to Predict Gas Transfer in Artificial Lungs Early in the Design Process. ASAIO journal (American Society for Artificial Internal Organs : 1992) 66 (6) 683–690
Kaesler, Andreas; Rosen, Marius; Schlanstein, Peter C.; Wagner, Georg; Groß-Hardt, Sascha; Schmitz-Rode, Thomas; Steinseifer, Ulrich; Arens, Jutta
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A CFD Model to Predict Oxygen Transfer in Artificial Lungs. ASAIO 2017 Annual Conference, Chicago, IL, USA, June 21-24, 2017
Kaesler A., Rosen M., Schmitz-Rode T., Steinseifer U.
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Computational Modeling of Oxygen Transfer in Artificial Lungs. Artificial organs. 2018;42(8):786–799
Kaesler A, Rosen M, Schmitz-Rode T, Steinseifer U, Arens J
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Technical Indicators to Evaluate the Degree of Large Clot Formation Inside the Membrane Fiber Bundle of an Artificial Lung in an In Vitro Setup. ASAIO 2018 Annual Conference, Washington, DC, USA, June 13-16, 2018
Kaesler A., Hesselmann F., Zander M. O., Schlanstein P., Schmitz-Rode T., Steinseifer U., Arens J.
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How a CFD Model Can Help to Predict Gas Transfer in Artificial Lungs Early During Development. ASAIO 2019 Annual Conference, San Francisco, CA, USA, June 26-29, 2019
Kaesler A., Schlanstein P., Wagner G., Groß-Hardt S., Schmitz-Rode T., Steinseifer U., Arens J.
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Technical Indicators to Evaluate the Degree of Large Clot Formation Inside the Membrane Fi-ber Bundle of an Oxygenator in an In Vitro Setup. Artificial Organs. 2019;43(2):159–166
Kaesler A, Hesselmann F, Zander MO, Schlanstein PC, Wagner G, Bruners P, et al.
