Geri Dön

Arterial pulsatility and aortic valve function under continuous flow left ventricular assist device support, continuous speed vs. varying speed pump assistance

Sürekli akışlı sol ventriküler destek cihazı desteğinde arteriyel pulsatilite ve aort kapak fonksiyonu, sürekli hız ve değişken hızlı pompa desteği

PDF İndir

  1. Tez No: 942464
  2. Yazar: SELİM BOZKURT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FRANS N. VAN DE VOSSE, YRD. DOÇ. DR. MARCEL C.M. RUTTEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Technische Universiteit Eindhoven
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 127

Özet

Sürekli Akışlı Sol Ventriküler Destek Cihazları (CF-LVAD'lar) genellikle sabit hızda çalışırlar; bu durum arterlerde nabız basıncı ve pulsatilitede azalmaya neden olur ve iddialara göre geç dönem komplikasyonlarına, örneğin aort yetersizliği ve gastrointestinal kanamaya yol açabilir. Bu çalışmanın amacı, CF-LVAD akış hızının kontrolüyle arteriyel nabız basıncı ve pulsatiliteyi artırmak, aort kapak fonksiyonunu iyileştirmek ve daha fizyolojik hemodinamik sinyaller elde etmektir. Bölüm 2'de, kalp odacıkları, kalp kapakları, sistemik ve pulmoner arterler ile venleri içeren kardiyovasküler sistemi simüle etmek için toplu parametre modeli kullanılmıştır. Kalp hızını düzenlemek için barorefleks modeli ve farklı çalışma hızlarında pompa dinamiklerini simüle etmek için Micromed DeBakey CF-LVAD modeli kullanılmıştır. Aort kapak akış hızını simüle eden bir model referans model olarak hizmet etmiştir. CF-LVAD çalışma hızı, pompa akış hızına orantılı-integral (PI) kontrol uygulanarak düzenlenmiştir. Karşılaştırma amacıyla CF-LVAD, pulsatile modda uygulanan ortalama hızla eşit sabit hızda da çalıştırılmıştır. Farklı çalışma modlarında, aynı ortalama hızlarda pompa çıkışı, arteriyel basınç, sistol-sonu ve diyastol-sonu hacim ile kalp hızı kalp döngüsü boyunca aynı kalmıştır. Ancak arteriyel nabız basıncı ve pulsatilite indeksi, sabit hızda pompa desteğine kıyasla pulsatile CF-LVAD modunda %50 artmıştır. Bölüm 3'te, 2. bölümde sunulan sayısal çalışma in-vitro deneylerle doğrulanmıştır. Aort kapak akışını simüle eden model, pompayı yönlendirmek için referans olarak kullanılmıştır. CF-LVAD olarak Micromed DeBakey pompası kullanılmıştır. Sol ve sağ ventrikül gibi hareket eden senkronize iki servo motor kontrollü piston pompa içeren taklit dolaşım sistemi oluşturulmuştur. Kontrol yöntemi olarak PI kontrolü kullanılmıştır. İlk olarak sabit hızda CF-LVAD çalıştırılmış, ardından değişken hızda çalıştırılarak aynı ortalama pompa çıkışı sağlanmıştır. Her iki modda da ortalama arteriyel basınç ve akış hızı aynı kalmış, ancak pulsatile pompa hız desteği altında arteriyel basınç ve pompa akış sinyallerinde pulsatilite indeksi artmıştır. Bölüm 4'te, arteriyel pulsatiliteyi artırmak için önerilen yöntem ex-vivo deneylerle değerlendirilmiştir. Kalp pompası, kalp döngüsüyle senkronize biçimde değişken hızda çalıştırılmıştır. Micromed DeBakey pompası CF-LVAD olarak kullanılmıştır. Kalp, her bir atımda sabit döngü elde etmek için 140 bpm'de pace edilmiştir. Pompa, aynı ortalama çıkışı sağlayacak şekilde çalıştırılmıştır. CF-LVAD'i her atımda tetiklemek üzere bir algoritma geliştirilmiştir. Pompa akış hızı kontrol değişkeni olarak seçilmiş ve CF-LVAD hızının düzenlenmesi için referans model kullanılmıştır. Her iki destek modunda ortalama arteriyel basınç ve akış hızı aynı kalmış, ancak pulsatile pompa hız desteğinde pulsatilite indeksi iki katına çıkmıştır. Bölüm 5'te, arteriyel pulsatiliteyi artırmak amacıyla CF-LVAD çalışma hızına kademe kademe değişim uygulanmıştır. Mikromed DeBakey CF-LVAD'in statik özellikleri dikkate alınarak sayısal kardiyovasküler sistem ve pompa modeli geliştirilmiştir. Simülasyonlar önce 8500 rpm, 9500 rpm ve 10500 rpm sabit hızlarda yapılmıştır. Sol ventrikül basıncı, aort basıncı, sol ventrikül hacmi ve LVAD akışı için pulsatilite indeksleri hesaplanmıştır. Sabit hızlarda kardiyak çıkış değerleri elde edilip bu değerlerle kademe modları karşılaştırılmıştır. Kademe modlarında CF-LVAD, aynı kardiyak çıkışı sağlayacak şekilde iki sabit hızda çalıştırılmıştır. Hızlar sırasıyla 7800-11250 rpm, 9300-12500 rpm ve 10300-11250 rpm olarak ayarlanmıştır. Hemodinamik değişkenlerin şekillerinde belirgin değişiklik olmadan pulsatilite artışı elde edilmiştir (LVAD akışı hariç). Bölüm 6'da, değişken hız CF-LVAD desteği altında aort kapak fonksiyonu değerlendirilmiştir. Tam bir insan dolaşım sistemini taklit eden mock sirkülasyon içinde Medtronic freestyle kapak ve Micromed DeBakey CF-LVAD kullanılmıştır. İlk olarak CF-LVAD 7500-11500 rpm arası 1000 rpm'lik aralıklarla sabit hızda çalıştırılmıştır. Bu testlerden elde edilen ortalama pompa çıkışları, referans modele dayalı değişken hız modunda uygulanmıştır. Anlık pompa akışı zirvesi sistol ve orta diyastol anlarında uygulanmıştır. Pompa zirvesi orta diyastolde uygulandığında kapaktan ejeksiyon süresi en uzun, sistolde uygulandığında en kısa olmuştur. Orta diyastolde uygulandığında kalp döngüsü boyunca ortalama kapak alanı en geniş bulunmuştur. Ancak ortalama kapak akışı, basınç yükü ve CF-LVAD hızları arasında anlamlı fark gözlenmemiştir. Bölüm 7'de genel bir değerlendirme yapılmış ve sonuçlar çıkarılmıştır.

Özet (Çeviri)

Continuous Flow Left Ventricular Assist Devices (CF-LVADs) generally operate at a constant speed, which causes a decrease in pulse pressure and pulsatility in the arteries and allegedly may lead to late complications such as aortic insufficiency and gastrointestinal bleeding. The purpose of this study is to increase the arterial pulse pressure and pulsatility and improve aortic valve function while obtaining more physiological hemodynamic signals, by controlling the CF-LVAD flow rate. In chapter 2, a lumped parameter model was used to simulate the cardiovascular system including the heart chambers, heart valves, systemic and pulmonary arteries and veins. A baroreflex model was used to regulate the heart rate and a model of the Micromed DeBakey CF-LVAD to simulate the pump dynamics at different operating speeds. A model simulating the flow rate through the aortic valve served as reference model. CFLVAD operating speed was regulated by applying proportional-integral (PI) control to the pump flow rate. For comparison, the CF-LVAD was also operated at a constant speed, equaling the mean CF-LVAD speed as applied in pulsatile mode. In different operating modes, at the same mean operating speeds, mean pump output, mean arterial pressure, end-systolic and end-diastolic volume and heart rate were the same over the cardiac cycle. However, the arterial pulse pressure and index of pulsatility increased by 50 percent in the pulsatile CF-LVAD support mode with respect to constant speed pump support. In chapter 3, the numerical study presented in chapter 2 was validated performing invitro experiments. A model simulating the flow rate through the aortic valve was used as reference model to drive the pump. A Micromed DeBakey pump was used as the CF-LVAD. A mock circulation containing two synchronized servomotor-operated piston pumps acting as left and right ventricle was used as a circulatory system. PI control was used as the control method. First, the CF-LVAD was operated at a constant speed. At varying speed CF-LVAD assistance, the pump was driven such that the same mean pump output was generated. Continuous and varying speed CF-LVAD assistance provided the same mean arterial pressure and flow rate, while the index of pulsatility increased in both arterial pressure and pump flow rate signals under pulsatile pump speed support. In chapter 4, the method proposed to increase the arterial pulsatility was assessed employing ex-vivo experiments. The heart pump was driven a at a varying speed, synchronous with the cardiac cycle in an ex-vivo experiment. A Micromed DeBakey pump was used as CF-LVAD. The heart was paced at 140 bpm to obtain a constant cardiac cycle for each heartbeat. First, the CF-LVAD was operated at a constant speed. At varying speed CF-LVAD assistance, the pump was driven such that the same mean pump output was generated. For synchronization purposes, an algorithm was developed to trigger the CF-LVAD each heartbeat. The pump flow rate was selected as the control variable and a reference model was used for regulating the CF-LVAD speed. Continuous and varying speed CF-LVAD assistance provided the same mean arterial pressure and flow rate, while the index of pulsatility doubled in both arterial pressure and pump flow rate signals under pulsatile pump speed support. In chapter 5, a stepwise change was applied to the CF-LVAD operating speed to increase the arterial pulsatility over a cardiac cycle. A numerical cardiovascular system model and a pump model were used. The model was developed by considering the static characteristics of the MicroMed DeBakey CF-LVAD. First, the simulations were performed at constant operating speeds, 8500 rpm, 9500 rpm and 10500 rpm. Pulsatility indexes were calculated for left ventricular pressure, aortic pressure, left ventricular volume and LVAD flow. Cardiac output was calculated at constant operating speed and these values used for comparing the pulsatility indexes with stepwise and constant operating speeds. The CF-LVAD was operated at two different constant speeds in the stepwise operating speed simulations. Low and high operating speeds were adjusted so as to obtain the same cardiac output values with the constant operating speed simulations. The operating speeds in the simulations were 7800-11250 rpm, 9300-1250 rpm and 10300-11250 rpm. The same cardiac output values were obtained with an increase in the pulsatility of the hemodynamic variables without significant changes in their shapes except the LVAD flow. In chapter 6, aortic valve function was assessed under varying speed CF-LVAD support. To do so, a Medtronic freestyle valve and a Micromed DeBakey CF-LVAD were tested in a mock circulatory system mimicking the complete human circulatory system. First, the CF-LVAD was operated at constant speeds between 7500-11500 rpm with 1000 rpm intervals. The mean pump outputs obtained from these tests were applied in varying speed CF-LVAD support mode using a reference model for the pump flow. The peak of the instantaneous pump flow was applied at the peak systole and mid-diastole, respectively. Ejection durations in the aortic valve were the longest when the peak pump flow was applied at mid-diastole among the CF-LVAD operating modes while they were the shortest when the peak pump flow was applied at peak systole. Furthermore, mean aortic valve area over a cardiac cycle was highest when the peak pump flow was applied at mid-diastole. Mean flow through the aortic valve, mean pressure load on the aortic valve and mean pump operating speeds were not significantly different over a cardiac cycle. Finally in chapter 7, a general discussion is given and conclusions are drawn

Benzer Tezler

  1. Tez No

    463993

    Sol ventrikül destek cihazı implantasyonu yapılan hastalarda karotis ve orta serebral arterlerdeki akım dalgalarının analizi ve nörokognitif fonksiyonlara etkisi

    The analysis of carotid and middle cerebral arterial flow waveform in patients implanted of left ventricular assist device and its effects on neurocognitive functions

    MEHMET KARAHAN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Göğüs Kalp ve Damar CerrahisiSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Kalp ve Damar Cerrahisi Ana Bilim Dalı

    DR. SİNAN SABİT KOCABEYOĞLU

  2. Tez No

    617895

    Pulmoner hipertansiyon ön tanılı olgularda; pulmoner arter sertliği, sağ ventrikül yapı ve fonksiyonlarının değerlendirilmesinde ekokardiyografi, kardiyak manyetik rezonans görüntüleme ve sağ kalp kateterizasyonu bulgularının korelasyonu

    Correlation of echocardiography, cardiac magnetic resonance imaging and right heart catheterization to evaluate pulmonary artery stiffness, right ventricular structure and functions in patients with pulmonary arterial hypertension

    SONGÜL AKKOYUN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    KardiyolojiEge Üniversitesi

    Kardiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR HAKAN KÜLTÜRSAY

    ÖĞR. GÖR. EVRİM ŞİMŞEK

  3. Tez No

    748874

    Sol ventrikül destek cihazı uygulanmış hastalarda asendan ve desendan aorta outflow greft anastomozunun femoral ve karotis arter akımlarına etkisi

    The effects of ascending and descending aortic outflow greft anastomosis on femoral and carotid artery flows in patients that implemented left ventricle assist device

    ONUR IRAK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Göğüs Kalp ve Damar CerrahisiEge Üniversitesi

    Kalp ve Damar Cerrahisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÇAĞATAY ENGİN

  4. Tez No

    367643

    Hemodynamics of transition from fetal to neonatal circulation: modeling of clinical pre- and perinatal interventions

    Fetalden yenidoğan dolaşımına geçişte kan akış dinamikleri: klinikteki prenatal ve perinatal müdahelelerin modellenmesi

    MEHMET BERK YİĞİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    BiyomühendislikKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. KEREM PEKKAN

  5. Tez No

    390203

    Tavşanlarda gebelik boyunca B-mod ve doppler ultrasonografi yardımıyla fötal gelişimin incelenmesi

    Assessment of fetal growth by B-mode and doppler ultrasonography in rabbit during pregnancy

    BERKAY TURNA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Veteriner HekimliğiAdnan Menderes Üniversitesi

    Doğum ve Jinekoloji (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜNEŞ ERDOĞAN

Geri Dön