Development of an implantable left ventricular assist device: Heart turcica centrifugal

Abstract

Mekanik dolaşım sistemleri, ileri evre kalp yetersizliği geçiren hastaların tedavi süreçlerinde büyük bir rol oynamaktadır. Son yıllarda, klinik alanda başarıyla gerçekleştirilen kalp nakli operasyonlarının sayısında artış olmasına rağmen; organ nakli için beklenen sürenin artışı ve donör sayısının yetersiz oluşu sebebiyle ventrikül assist sistemleri bu bekleme süresince hastalara alternatif bir tedavi imkanı sunmaktadır.Bu proje süresince, ileri evre kalp yetersizliği tedavisine destek olması için ve sol ventrikül assist cihazı olarak kullanılmak üzere nakledilebilen yapay bir santrifüj kalp pompası geliştirilmiştir. Heart Turcica Centrifugal (HTC)'ın geliştirilmesi esnasında, pompanın tasarımdan prototip üretimine kadar olan aşamalarda hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ve bilgisayar destekli tasarım/mühendislik/üretim (CAD/CAE/CAM) araçlarından faydalanılmıştır. Bu tezde, Model 13 ve Model 14 olmak üzere iki santrifüj kan pompası analiz edilmiş olup, sıvı akış ve performans karakteristikleri detaylı şekilde incelenmiştir. Ayrıca, pervane kanat geometrisinin ve pompa sarmalı geometrisinin pompa performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. İki prototip model de pleksiglas malzemeden yüksek hızlı üretim teknikleriyle bilgisayar destekli takım tezgahında (CNC) üretilmiştir. Üretim sürecini takiben, pompaların performansları kapalı devre akış sistemi kullanılarak deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, HTC'nin tasarım ve üretim süreçleri anlatılmış ve kapalı devre deney düzeneğinde tamamlanan test sonuçları sunulmuştur.

The application of ventricular assist devices for patients with severe congestive heartfailure is so important that various ventricular assist devices have been proposed all overthe world. Recently, clinical success of heart transplantation has been growing; however,the increase in the waiting time to transplantation and the insufficient supply of donorhearts have made it quite necessary to manage severe heart failure with mechanicalcirculatory assist devices for a longer period until heart transplantation.In this research, a prototype of a new implantable centrifugal heart pump wasdeveloped as a Left Ventricular Assist Device (LVAD) for the treatments of end-stagecardiac failures. In the development of Heart Turcica Centrifugal (HTC), ComputationalFluid Dynamics (CFD), and Computer Aided Design / Engineering / Manufacturing(CAD/CAE/CAM) tools were utilized in various stages from conceptual design to the finalprototype. In this thesis, flow and performance characteristics of two centrifugal bloodpumps were analyzed in details. Effects of the impeller blade geometry and the volutegeometry on the performance of the pump were investigated. Two prototypes of HTC,were manufactured with high precision by the high speed production techniques inComputer Numerical Control (CNC) machine. Performances of the prototype models werecompared with the in vitro tests in a closed-loop flow system. The development stages ofthe HTC are introduced and the results of the in vitro tests of the HTC are presented.