Development of a novel centrifugal left ventricular assist device and the first in vivo study: Istanbul Heart VAD
Özgün bir sentrifügal sol ventriküler destek cihazının geliştirilmesi ve ilk canlı organizmada deneyi: İstanbul Kalp VAD
- Tez No: 504492
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Biotechnology, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Kalp yetersizliği, insan kalbinin yapısını ve fonksiyonunu bozan ciddi bir sağlık sorunudur. Bu sorun için muhtemel çözümler ise kalp nakli ya da mekanik dolaşım destek cihazlarıdır. Mevcut donör organların yetersiz sayıda olmasından dolayı sol ventriküler destek cihazları (SVDC) sıklıkla kullanılan tedavi yöntemi olmuştur, bu yöntemler transplantasyona köprüleme, iyileşmeye köprüleme ve kalıcı tedavi olarak tanımlanabilir. SVDC'ler kalp yetersizliği hastaları için umut verici bir yöntem olmuştur, fakat yüksek ithalat maliyetleri bu cihazların her hasta tarafından kullanılabilmesini engellemektedir. Bu yüzden, yürütülen bu çalışma yenilikçi bir tasarıma sahip sentrifügal akışlı bir kan pompasını kalp nakline uygun olmayan hastalar için yüksek kalitede ve düşük maliyette üretmeyi hedeflemektedir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi pompa içindeki akış alanlarının ve hidrolik performansın hassas bir şekilde tahmin edilmesinde kullanılır. HAD analizleri ile optimizasyon çalışmalarının yürütülmesi için sanal ortamda pompa dizayn edilmiştir. Birden fazla rotor/volute konfigürasyonu oluşturulmuştur. HAD analizi ile yapılacak optimizasyon çalışması için geliştirilen metot ile hidrolik performans, verimlilik ve hemoliz incelenmiştir. Kayma gerilimi ve gerilime maruz kalma süresi pompanın hemolitik performansının temel faktörleri olarak hesaba katılmıştır. HAD analizleri ile yüksek kayma gerilimi ve durağan alanlar tespit edilmiştir, bu alanlar hidrodinamik verimliliği düşürmekte, tromboz ve hemoliz riskini arttırmaktadır. Yapılan kapsamlı HAD analizi, pompanın performansını ve kan uyumluluğunu arttırmak için yapılacak ileri çalışmalar için de yol haritası olmuştur. Burada anlatılan yöntem başka pompa geliştirme çalışmaları için de etkili bir HAD analiz aracı olarak kullanılabilir. Üretilen prototipin sanal ortamdaki simülasyon sonuçlarını doğrulamak için fiziki performans testi yürütülmüştür. Kan özelliklerini taklit eden bir akışkanın kullanıldığı test düzeneği kurulmuştur ve son prototipin kan testleri gerçekleştirilmiştir. Kan testi sonuçları, hemoliz indeksleri, hemoglobin miktarı ve hematokrit seviyesi dikkate alındığında tatmin edici bir performans ortaya koymuştur. Geliştirilen bu cihazın insanlarda denemeye başlanmadan önce hayvan modeli üzerinde test edilmesi çok önemlidir. Bu çalışmada yürütülecek öncül akut deneyleri için domuz hayvan modeli seçilmiştir. Kiloları 77-92 kg arasında değişen üç domuz üzerinde akut deneyler yürütülerek pompanın anatomik olarak yerleştirilme pozisyonu ve kana verdiği zararlar incelenmiştir. Yapılan hayvan çalışmaları uygun bir kardiyak dolaşım ve akış karakteristiği ortaya koymuştur. Pompanın kısa dönem değerlendirilmesi için ileri akut deneyler devam etmektedir.
Özet (Çeviri)
Heart failure (HF) is a life-threatening disease that affects the structure and functions of the heart. The possible solutions for HF condition are mainly limited to the heart transplantation and mechanical circulatory support systems. Due to the shortage of available donor hearts, left ventricular assist devices (LVADs) have been used as a common treatment for HF patients as a bridge to transplant, bridge to recovery or destination therapy. LVADs have been a promising option for the survival of patients. However, high importing costs limit the use of VAD for every heart patient. Therefore, this study aims to develop a novel centrifugal blood pump for the HF patients who are not eligible for cardiac transplants to access a low cost, high-quality device. Computational fluid dynamics (CFD) analysis has been used to accurately predict the hydraulic performance and flow field within the blood pump. Virtual design of the pump is constructed for CFD optimizations. A number of impeller/volute configurations were established in the design stage. CFD-based design optimization method has been developed, involving hydraulic performance, efficiency, and hemolysis. Shear stress and exposure time are considered as main factors to the hemolytic performance of blood pumps. CFD analysis revealed the regions of high shear and stagnation zones that could damage the red blood cells (RBC) and affect the hydroulic performance of the pump. This comprehensive CFD analysis of the pump performance and hemocompatibility provide a path for pump optimizations. The presented method can also be utilized as an efficient CFD tool for new pump designs or multi-objective optimization. Experimental evaluation of the prototype was performed to validate the computational results. Furthermore, an in vitro blood test of the final prototype has been conducted with hemolysis test rig by using the human blood. The in vitro test result demonstrates satisfying performance regarding the hemolysis index, pHb generation, hematocrit level, etc. in the range of clinically available LVADs. In vivo device evaluation is vital for the validation of device performance before human clinical trials. The porcine animal model was selected in this study for initial acute evaluation. Three pigs weighing 77–92 kg have been used to assess the anatomical fitting and blood-handling characteristics during the acute experiments up to 6 hours. The study demonstrated an appropriate circulatory support, and the flow characteristics. Further acute in vivo studies are in progress for short-term evaluation.
Benzer Tezler
- Design and performance optimization of heart assist devices: iHeart VAD and iATVA
Kalp destek cihazlarının tasarımı ve eniyileştirilmesi: iHeart VAD ve iATVA
İBRAHİM BAŞAR AKA
Doktora
İngilizce
2018
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- A comprehensive investigation of the influence of vacuum conditions on the drying characteristics of textiles
Tekstil kurutma karakteristikleri üzerinde vakum koşullarının etkisinin kapsamlı incelemesi
AMIR NADERIAN JAHROMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Kanda siyanür tayini için floresan altın nanokümeler ile kombine mikroakışkan tabanlı bir platform tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of a microfluidic-based platform, combined with fluorescent gold nanoclusters for cyanide detection in blood
UĞUR AYDIN
Doktora
Türkçe
2020
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMED DUMAN
- Development of metal and metal oxide nanoparticles and investigation of their potential applications
Metal ve metal oksit nanoparçacıkların geliştirilmesi ve potansiyel uygulama alanlarının incelenmesi
ÖZGE ÇAVUŞLAR
Doktora
İngilizce
2019
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR