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                    電磁流量計

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                    分析用于血流測量的流量計的原理和靈敏度分析

                    來源:作者:發表時間:2021-12-06 09:30:02

                          電磁流量計是一種用于測量血流量的無創選擇。然而,當患者移動時,移位的血管會影響流量計的靈敏度。來自 ABB Corporate Research 的研究人員使用多物理場建模來研究移動患者中血管的位移如何影響磁流量計的性能。

                     
                     
                    測量血流量的簡便方法
                          為了以無痛、無創的方式為患者測量血流量,醫療專業人員可以使用依靠電動勢 (EMF) 的磁流量計。在流量計中,外部線圈產生磁場,非接觸式電極測量感應電動勢。當患者在測量過程中移動(即使只是呼吸),血管也會移動,這會影響流量計的靈敏度。這種現象是心臟和胸科醫學中的一個重要分析點。
                    依靠線圈和電極的電磁流量計是一種測量患者血管流量的無創方式
                    依靠線圈和電極的電磁流量計是一種測量患者血管流量的無創方式。
                     
                          來自印度 ABB Corporate Research 的研究人員建立了該過程的多物理場模型,其中包括流固耦合 (FSI) 和電磁學的影響。他們的目的是通過比較血管位移與正常位置時流量計的性能,了解血管運動如何影響流量計的靈敏度。
                     
                          在 COMSOL Multiphysics® 中模擬電磁流量計
                    研究小組將血管建模為管道,但具有適當的生物材料特性。他們通過 COMSOL Multiphysics® 軟件中的內置物理場接口耦合了多種物理效應。在層流接口用于通過血管的血流量模型。為了說明線圈產生的磁場以及血流和磁場引起的 EMF,他們使用了磁場和電場接口。
                     

                    電磁流量計模型示意圖

                    電磁流量計模型示意圖。圖片由 S. Dasgupta、K. Ravikumar、P. Nenninger 和 F. Gotthardt 提供,摘自他們在COMSOL 用戶年會 2016 班加羅爾的論文。
                     
                    研究人員還使用 COMSOL Multiphysics 的附加產品“結構力學模塊”來模擬患者運動過程中的血管位移。他們將此分析與 CFD 模塊相結合,以解釋 FSI,包括血管位移如何影響血流以及流體壓力如何影響血管。
                     
                    該模型用于分析磁流量計在血管位移和處于正常位置時的靈敏度。
                     
                    比較仿真結果
                          研究人員比較了處于正常位置并朝上線圈位移 5 厘米的血管的結果。仿真結果顯示了穿過管道(即血管)橫截面的速度和磁通密度的等高線圖。其他結果顯示了來自流動和磁場界面的感應電勢以及管道直徑上的電勢分布。
                    管道橫截面(左上)和長度(左下)上的感應電勢以及管道橫截面上的速度(右上)和磁通密度(右下)
                          管道橫截面(左上)和長度(左下)上的感應電勢以及管道橫截面上的速度(右上)和磁通密度(右下)。S. Dasgupta 等人的圖片。取自他們在 COMSOL 用戶年會 2016 班加羅爾的論文。
                     
                          該圖表明流量計在未移位和移位血管之間的靈敏度增加。該團隊確定增加不是由于速度,因為兩種情況下的速度剖面是相同的。相反,增加的原因是被取代的容器轉移到了一個更高的磁場區域,并且容器中的磁通密度隨著它向線圈移動而增加。
                     
                    流量計研究的下一步
                          ABB 的研究人員通過他們的模擬結果得出結論,血管位移是磁流量計醫療用途的一個潛在問題。為了解決這些問題,他們推測在這些程序中可以限制患者的身體運動,或者可以產生呼吸同步磁場來補償靈敏度變化。
                     
                          雖然這些模擬被證明對醫學領域很有用,但進一步的研究可以解釋更真實的情況,例如脈動血流以及血管特性和身體位置的變化。
                     
                          對于團隊而言,這項研究證實 COMSOL Multiphysics 可用于分析不同現象(包括流體流動、結構力學和電磁學)在復雜應用中的相互作用。
                     
                     
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