Optimización multiobjetivo de bombas de sangre rotodinámicas: El caso de uso de un dispositivo de asistencia cavopulmonar

La optimización integral de las bombas de sangre rotodinámicas (RBPs) requiere considerar tres objetivos parcialmente conflictivos: tamaño, hemocompatibilidad y eficiencia del motor. Al optimizar estos objetivos individuales de manera independiente, el potencial de las optimizaciones multiobjetivo a menudo permanece sin explotar. Este estudio tuvo como objetivo la optimización multiobjetivo de una RBP para soporte cavopulmonar teniendo en cuenta los tres objetivos simultáneamente. Los espacios de diseño hidráulico y electromagnético se caracterizaron utilizando dinámica de fluidos computacional y electromagnetismo computacional, respectivamente. Las variables de diseño incluyeron los anchos de los espacios de flujo secundario, los diámetros de los impulsores y las alturas de los estatores. El objetivo de tamaño abarcó los anchos y las alturas de la RBP, el objetivo de hemocompatibilidad fue una medida compuesta ponderada de métricas bien establecidas, y el objetivo del motor se determinó por las pérdidas del motor. La optimización multiobjetivo se llevó a cabo a través del análisis de Pareto. Se consideraron 81 diseños y se identificaron 21 diseños pareto-óptimos. El análisis de Pareto indicó que el rendimiento de hemocompatibilidad podría mejorarse en un 72.4% con una reducción concomitante del 1.5% en el volumen de la bomba base. Sin embargo, esto implicó un aumento en las pérdidas del motor de 0.2 W, mientras que aún se cumplían los requisitos de diseño, con aumentos de temperatura local máxima que se mantenían por debajo de 0.4 K. La optimización multiobjetivo condujo a un frente de Pareto, demostrando la viabilidad de mejorar la hemocompatibilidad con un volumen de bomba reducido, aunque a costa de un rendimiento del motor disminuido pero aún aceptable.