用多物理模拟优化NIV掩模设计

无创通气（NIV）口罩通过持续气道正压（CPAP）为呼吸窘迫患者提供空气。意大利的一家研究公司Polibrixia开始利用多物理模拟为CPAP和NIV通气患者设计和优化口鼻面罩。他们的目标是什么？在全球对抗2019冠状病毒疾病的战斗中提供更多的呼吸装置。

NIV面具：全球挑战中的设计挑战

2019冠状病毒疾病患者中，约5%的患者需要住院治疗和呼吸机辅助。然而，在疫情激增的地区，医院2019冠状病毒疾病传播机械呼吸器的使用能力和经验通常有限。此外呼吸机会导致不良和长期的副作用，因此，一种非侵入性的替代方法可以避免患者今后的麻烦。

COMSOL Multiphysics®中NIV掩模的模拟。图188金宝搏优惠片由波利西亚提供。

2019冠状病毒疾病提供了一种非侵入性监测和通气COVID-19患者，减少了需要呼吸机等机械呼吸器。为了有效地设计NIV口罩，以实现最大的患者表现，同时平衡严格的时间限制，来自意大利Polibrixia的Davide Fausti、Maurizio Mor和Massimo Antonini188金宝搏优惠康索尔认证顾问，使用COMSOL Multiphysics®软件的结构和流体流动功能。188金宝搏优惠

NIV口罩的结构分析

Polibrixia的NIV口罩主体由聚碳酸酯材料模克隆®2658构成。材料的技术规格表仅包括与屈服点有关的数据，但不包括屈服点至断裂点后的拉伸数据。

研究人员需要了解材料的组成。到确定强度和耐久性，他们在COMSOL Multiphysics中进行了应力应变分析。188金宝搏优惠

NIV面罩主体（左）和聚碳酸酯材料（右）的应力应变分析。图片由波利西亚提供。

NIV面罩内气流的CFD和传输分析

NIV面罩的主要用途之一是增加肺和动脉中的氧分压。从系统气缸输送的每升氧气与环境空气混合，并向面罩的氧气中添加3–4%的分数浓度。

该团队使用CFD建模来了解氧气-空气混合物在不同百分比下的流动，模拟不同的气流情况，并查看面罩附近气流的速度范围。

NIV面罩中药物剂量水平的CFD模拟结果。图片由波利西亚提供。

2019冠状病毒疾病的设置也用于分配药物剂量治疗COVID-19患者。通过模拟传输现象，该团队可以找到面罩面部组件中客观的规则扩散，评估NIV系统中的药物剂量，并分析药物从空气流出的流速。

设计救生装置

应对全球2019冠状病毒疾病需要先进的工具，但为这些项目创建原型是不可行的，尤其是在有限的时间和资源的时期。多物理模拟可用于模拟NIV面罩系统中涉及的所有物理，帮助Polibrixia等公司更早地将救生设备推向市场，并降低开发成本。

模克隆是拜耳Aktiengesellschaft公司的注册商标。