电磁流量计是一种用于测量血流量的无创选择。然而，当患者移动时，移位的血管会影响流量计的灵敏度。来自 ABB Corporate Research 的研究人员使用多物理场建模来研究移动患者中血管的位移如何影响磁流量计的性能。
测量血流量的简便方法
为了以无痛、无创的方式为患者测量血流量，医疗专业人员可以使用依靠电动势 (EMF) 的磁流量计。在流量计中，外部线圈产生磁场，非接触式电极测量感应电动势。当患者在测量过程中移动（即使只是呼吸），血管也会移动，这会影响流量计的灵敏度。这种现象是心脏和胸科医学中的一个重要分析点。
依靠线圈和电极的电磁流量计是一种测量患者血管流量的无创方式。
来自印度 ABB Corporate Research 的研究人员建立了该过程的多物理场模型，其中包括流固耦合 (FSI) 和电磁学的影响。他们的目的是通过比较血管位移与正常位置时流量计的性能，了解血管运动如何影响流量计的灵敏度。
在 COMSOL Multiphysics® 中模拟电磁流量计
研究小组将血管建模为管道，但具有适当的生物材料特性。他们通过 COMSOL Multiphysics® 软件中的内置物理场接口耦合了多种物理效应。在层流接口用于通过血管的血流量模型。为了说明线圈产生的磁场以及血流和磁场引起的 EMF，他们使用了磁场和电场接口。
电磁流量计模型示意图。图片由 S. Dasgupta、K. Ravikumar、P. Nenninger 和 F. Gotthardt 提供，摘自他们在COMSOL 用户年会 2016 班加罗尔的论文。
研究人员还使用 COMSOL Multiphysics 的附加产品“结构力学模块”来模拟患者运动过程中的血管位移。他们将此分析与 CFD 模块相结合，以解释 FSI，包括血管位移如何影响血流以及流体压力如何影响血管。
该模型用于分析磁流量计在血管位移和处于正常位置时的灵敏度。
比较仿真结果
研究人员比较了处于正常位置并朝上线圈位移 5 厘米的血管的结果。仿真结果显示了穿过管道（即血管）横截面的速度和磁通密度的等高线图。其他结果显示了来自流动和磁场界面的感应电势以及管道直径上的电势分布。
管道横截面（左上）和长度（左下）上的感应电势以及管道横截面上的速度（右上）和磁通密度（右下）。S. Dasgupta 等人的图片。取自他们在 COMSOL 用户年会 2016 班加罗尔的论文。
该图表明流量计在未移位和移位血管之间的灵敏度增加。该团队确定增加不是由于速度，因为两种情况下的速度剖面是相同的。相反，增加的原因是被取代的容器转移到了一个更高的磁场区域，并且容器中的磁通密度随着它向线圈移动而增加。
流量计研究的下一步
ABB 的研究人员通过他们的模拟结果得出结论，血管位移是磁流量计医疗用途的一个潜在问题。为了解决这些问题，他们推测在这些程序中可以限制患者的身体运动，或者可以产生呼吸同步磁场来补偿灵敏度变化。
虽然这些模拟被证明对医学领域很有用，但进一步的研究可以解释更真实的情况，例如脉动血流以及血管特性和身体位置的变化。
对于团队而言，这项研究证实 COMSOL Multiphysics 可用于分析不同现象（包括流体流动、结构力学和电磁学）在复杂应用中的相互作用。
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