Development of a miniature and implantable heart pump as the left ventricular assist system: Heart Turcica centrifugal

Abstract

Kalp rahatsızlıkları tüm dünyada en beklenmedik ve yaygın ölüm nedenlerinin başında gelir. Dünya Sağlık Örgütü'nün istatistiklerine göre, 2005 yılında kardiyovasküler kalp rahatsızlıkları nedeniyle tüm dünyada 17,5 milyon kişi hayatını kaybetmiştir ve bu rakam tüm ölümlerin %55'ine tekabül etmektedir. Benzer durum Türkiye'de de vardır, Avrupa Kalp Sağlığı Araştırmasına göre, 2007 yılında 50 yaş altı kalp rahatsızlığı sıralamasında Avrupa lideri olmuştur. Türkiye'de her yıl yaklaşık 500000 kişi kalp rahatsızlığı geçirmekte ve bu hastalardan en az 2000 ile 3000 tanesine acil kalp nakli yapılması gerekmektedir. Ne yazık ki donör azlığından ötürü her yıl oldukça az sayıda operasyon yapılmaktadır.Sağlıklı bir donör beklemek için geçen uzun süre boyunca, yapay bir kalp, başlıca karıncık destek aygıtı, şimdilik hastalar için tek ümit verici ve mümkün çözüm olarak öne çıkmaktadır. Yapay kalp pompaları kalp nakli için bekleme esnasında ve iyileşme için bekleme sırasında kullanılırlar ve damarları kanla aşırı dolmuş, pompalama yetisi azalmış hasta kalpler için son medikal çözümdürler.Gelişmiş ülkelerde üretilmiş çok sayıda karıncık destek aygıtları bulunmaktadır. Türkiye'de bugüne kadar 20 hasta için ithal edilmiş ve takılmıştır. Sol karıncık destek aygıtları oldukça pahalı sistemlerdir ve Türkiye'de birçok hasta tarafından ücreti karşılanamaz. Bu tezin amacı Türkiye'de yeni bir sol karıncık destek aygıtı geliştirmektir. Geliştirilen cihaz ?Santrifüj Türk Kalbi? olarak adlandırılmaktadır. Santrifüj Türk Kalbi'nin gelişim süreci beş ana bölümden oluşmaktadır: BDT (Bilgisayar Destekli Tasarım), HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizleri, BDÜ (Bilgisayar Destekli Üretim), BNC (Bilgisayarlı Sayısal Denetim) makineleri ile hassas üretim ve performans testleri. Geliştirilen Santrifüj Türk Kalbi sistemi bir santrifüj pompa, kontrol ünitesi ve enerji yan birim aygıtlarından oluşmaktadır. Kalp pompasının basınç değişimi, debisi ve dönme hızı deneyler sırasında kontrol edilir ve gözlemlenir.Santrifüj Türk Kalbi, hastanede yapılacak kan testlerinde canlılıkla uyumlu olabilmesi için titanyum alaşımından üretilmiştir. Bu tezde, kalp pompasının tasarım süreci, çeşitli dizaynların performans grafikleri ve yapılan deneylerin sonuçları sunulmuştur.

Heart disease is one of the most common, unexpected and number one cause of death globally; according to world health organization, approximately 17.5 million people died because of cardiovascular heart disease in 2005 which represents the 30 % of all of the deaths worldwide. In Turkey, similar situation also occurs; 55% of the total deaths is because of the heart failure problems. According to the Europe Heart Health Research, Turkey is the European leader in the number of heart failures for the ages of less than 50. In Turkey, every year approximately 500,000 patients have heart failure and 2000 to 3000 of them need urgent heart transplantation. Unfortunately, due to lack of donors, only about a few operations can be done every year.During the long waiting time for a healthy donor heart, an artificial heart, mainly a ventricular assist device is currently the only hope and possible solution for the patients. Artificial heart pumps are known to be the best solutions for bridge-to-transplant, bridge-to-recovery and final medical solution for the patients who suffer from heart failures that result from the overfilling of the blood vessels of heart.There are various ventricular assist devices produced in the developed countries. It is imported and used in about 20 patients in Turkey. Costs of LVAD systems are very high and not affordable by many patients in Turkey. The aim of this thesis is to develop a new ventricular assist device in Turkey. The VAD system being developed is named as ?Heart Turcica?. The development process of the Heart Turcica LVAD system of five main parts: CAD (Computer Aided Design), CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses, CAM (Computer Aided Manufacturing), precision production by Computer Numerical Control (CNC) machines and performance testing. The developed Heart Turcica LVAD system consists of a centrifugal pump, control unit and peripheral equipments. The pressure rise of the heart pump, flow rates and rotational speeds are controlled and monitored in the experiments.Heart Turcica Centrifugal is designed and manufactured from Titanium alloy to be biocompatible with the blood tests in the hospital. In this thesis, the design process of the heart pump, the performance curves of several designs, and the results of in-vitro experiments carried out are presented.