“唉……又失败了。”
有点沉闷的会议室里,随着一声沉重而无奈的叹息,大屏幕上的流体仿真模拟画面瞬间定格。
紧接着,屏幕右下角代表着【红细胞破损率】的红色数据曲线,以一种极其刺眼的角度呈几何级数飙升,随后整个仿真软件因为浮点数据溢出,直接弹出了【Error】的死机报错弹窗。
看着这熟悉得不能再熟悉的报错画面,会议室里的十几名科研人员全都像泄了气的皮球一样,无力地靠在了椅背上。
有人烦躁地抓着头发,有人疲惫地揉着发胀的眉心,整个房间里的气氛沉闷得简直能拧出水来。
这里是位于上京的华国医学科学院阜外医院与国家心血管病中心联合设立的重点攻关项目组。
坐在会议桌最前方主位上的,正是这个团队的总负责人,阜外医院院长兼国家心血管病中心主任,同时也是华国工程院院士的吴胜伟教授。
“这已经是过完年后这一个月以来的第十七次仿真崩溃了吧?”
吴胜伟摘下老花镜,捏了捏高挺的鼻梁,语气中透着一股难以掩饰的疲惫。
他们团队目前正在攻关的,是国家级重点医疗民生项目——【新一代超微型第三代全磁悬浮体外人工心脏】。
简单来说,这就是一种人工血泵技术,主要是为终末期心力衰竭患者提供血流动力学支持。
而作为第三代的人工心脏,最主要的代表性技术就是通过磁悬浮技术,使血泵内的叶轮悬浮转动,避免与血液直接接触,从而降低血栓风险。
这个第三代人工心脏技术和大多数医疗技术一样,经历了国外领先、国内迎头赶上的发展过程。
国外在2010年之前就已经研发成功,并且成功应用,而国内晚了将近十年,直到2017年总算是有了第一例成功的移植案例。
并且那第一例成功移植的案例,就是由这位吴胜伟院士亲手完成的。
当然,虽然起步慢,但国内的技术也算是达到了国际一流水平。
但医学的脚步永远不能停滞。
之前的第三代人工心脏虽然好,但它的体积依然有拳头大小,重量在180克左右,这个尺寸对于成年男性患者来说勉强可以接受,但如果想要植入到体型娇小的女性,或者是患有严重心衰的儿童体内,那就完全塞不进胸腔了。
所以,吴胜伟团队现在的目标,就是要研发出更新一代的技术,将人工心脏的体积直接缩小到一颗核桃大小,重量控制在100克以内!
一旦完成这项技术攻克,不仅意味着华国的人工心脏成功领先了全球的技术发展,达到了“全球最小最轻”这样的极限指标,同样也能彻底填补国内在儿童和极小体型患者人工心脏领域的空白,并且实现更微创的手术,让患者术后恢复得更快。
这个目标可谓是宏大且意义深远,他们团队也都很清楚要完成的是怎样的壮举,因此刚开始的时候也都算是热情满满。
但现实却给了他们极其残酷的毒打。
“陈教授。”吴胜伟转过头,看向坐在左侧的一位中年学者,眉头紧锁地问道,“咱们的叶轮流道设计,真的就没有一点优化的空间了吗?只要转速一上去,模拟出来的溶血指标就直接爆表,这怎么敢进入下一步的动物实验啊。”
被点名的陈程教授苦笑了一声,满脸的无可奈何。
陈程是国内顶尖的流体力学专家,主要负责的就是他们这个人工心脏的流体力学分析方面的工作。
可能在有些人看来,研发人工心脏应该是纯粹的医学临床问题。
但实际上,这玩意儿本质上就是一个在人体内高速运转的微型水泵。
吴胜伟这样的心血管病泰斗,主要负责的是心脏的生理需求、生物相容性材料以及植入的手术路径。
而这个微型水泵到底该怎么设计,叶片怎么转才能把血抽出来又不出问题,这就完完全全落到了陈程这样的流体力学专家的头上了。
对于含水量达百分之七十的人体来说,利用流体力学助力医学分析已是十分常见的研究方法。
“吴院士,真不是我们流体组不出力啊。”
陈程教授叹了口气,指着大屏幕上的报错数据,满脸无奈地解释道:“您是医学专家,您比我更清楚,血液不是普通的水,它是极其复杂的非牛顿流体,里面的红细胞是非常脆弱的。”
“现在咱们要把血泵的体积缩小一半,为了保证人体正常所需的每分钟5升的泵血量,叶轮的转速就必须大幅度提高,可是转速一高,叶片边缘和泵壳之间的微小间隙里,就会产生极其恐怖的微观剪切应力!”
陈程越说越觉得头疼:“这种极端非线性条件下的湍流,就像是把血液扔进了破壁机里一样!我们的超算每次一模拟到这个微观相变奇点,计算红细胞受力的时候,数据瞬间就发散到无穷大了,连算都算不出来,我们根本不知道该怎么去修改叶片的微米级曲面啊!”
吴胜伟听完,也是深深地叹了口气,陷入了沉默。
他也知道这个问题在工程和数学上有多棘手,但作为总负责人,他也只能和几个医学专家低声探讨着,看看能不能从降低人体泵血需求的临床角度,去稍微妥协一下参数。
一时间,会议室中又陷入了一种低沉的气氛当中。
与此同时,在陈程教授身边,还坐着一位大概三十岁出头的年轻人,正是陈程教授的得意门生,主攻应用数学和计算流体力学的博士后,梁明。
从这场组会开始之后,梁明就一直没有说过话,他死死地盯着屏幕上的报错代码,心里只觉得一阵发冷。
作为团队里具体负责编写算法和跑超算数据的“主力民工”,梁明此刻承受的压力是难以想象的。
“太难了……这特么根本不可能做到啊!”
梁明在心里绝望地呐喊着。
既要把体积压缩到核桃大小,又要保持高转速,还要求血液在经过叶片边缘时极其平滑,绝对不能产生切碎红细胞的剪切涡流。
在流体力学的数学模型里,这几乎是一个无解的死局!
非牛顿流体的本构方程,在面临这种极限的高速微观相变时,边界条件复杂到了一个令人发指的地步。
现有的流体计算软件和常规的偏微分数学工具,只要一碰触到那个产生溶血的奇点,就会瞬间因为数据溢出而死机。
连病灶长什么样都看不清,怎么动手术去优化?
看着会议室里一张张愁云惨雾的脸,梁明的心中不可遏制地涌起了一股绝望感。
他甚至觉得,以目前人类在流体计算数学上的理论天花板,想要造出这种完美无缺的超微型人工心脏,起码还得再等二十年。
……
最终,这场沉闷的攻关会议还是没能讨论出什么实质性的结果。
吴胜伟院士无奈地叹了口气,合上面前的笔记本:“老陈,今天就先到这儿吧,我回去再跟生物材料组的人碰个头,看看能不能从钛合金外壳的轻量化上再抠出几克重量来,或者研究一下能不能稍微降低点临床的泵血指标要求。”
陈程教授也跟着站起身,点了点头:“行,吴院士,我们这边回去再想想办法,看看能不能换一种网格划分的思路,争取把那个该死的剪切应力奇点给绕过去。”
就这样,这场让人精疲力尽的组会算是散了。