PROJELER
Mekanik Dolaşım Destek Sistemi Geliştirilmesi

Son evre Kronik Kalp Yetmezliği hastaları için yaşam boyu destek sağlayan mekanik dolaşım desteği (MDD) sistemlerinin, Türkiye’de de geliştirilerek soruna yerli ve özgün bir çözüm sunmak için yenilikçi bir MDD sistemi oluşturmak hedefiyle hazırlanmıştır.

Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Abdurrahman Kamuran KADIPAŞAOĞLU 

Son evre Kronik Kalp Yetmezliği (KKY) için palyatif olmayan tek tedavi kalp transplantasyonudur; fakat donör organ sayısının nakil bekleyen hasta sayısına oranla yetersiz olması girişimin etkinliğini kısıtlamaktadır. Bu hasta grubu için ABD ve Japonya’da 1960’lı yıllarda geliştirilmeye başlanan mekanik dolaşım desteği (MDD) sistemleri, son yıllarda gittikçe artan bir sıklıkla tüm dünyada ve ülkemizde gerek transplanta köprü olarak gerekse yaşam boyu destek sağlamak için kullanılmaktadır. Hemodinamik yetmezliğe giren sol karıncığın hacim yükünü sistemik dolaşıma basan bir kan pompası, pompayı hareket ettiren bir eyleyici, pnömatik veya elektromekanik bir güç kaynağı, kontrol ünitesi ve gref, konektör, kablo gibi çeşitli aksesuardan oluşan sistemler, günümüzde minyatürize edilmiş, taşınabilir, vücut içi, dayanıklı, güvenilir ve akıllı teknolojilere dönüştürülmüştür. Gelişmekte olan diğer ülkeler gibi, Türkiye’de de yerli ve rekabetçi MDD sistemlerinin geliştirilmesi tıbbi, insani ve toplumsal bir ihtiyaç olduğu kadar bilimsel, teknolojik ve ekonomik bir gereklilik olarak karşımıza çıkmaktadır.

Önerilen proje, bu soruna yerli ve özgün bir çözüm sunmak amacıyla, yenilikçi bir MDD sistemi oluşturmak hedefiyle hazırlanmıştır. Tek kademeli bir eksenel türbin ve türbin rotorunu hareketlendirilen fırçasız doğru akım motoru, Destek Sisteminin 1. Temel Teknolojisi (TT1) olan Sol Ventrikül Destek Pompası’nın (SVDP) iki Alt Bileşenini (AB) oluşturacaktır. Ön çalışmalarda geliştirilmiş olan özgün türbin geometrisi, Ana Proje kapsamında nümerik ortamda (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, HAD) optimize edilecek ve 3-D yazıcıda titanyumdan üretilecektir. Motorla entegrasyon öncesi, türbinin sabit ve döner aksam bıçakları üzerinde oluşan akış ve kayma gerilimi alanları hidromekanik bir Dış Tahrik Mekanizmasında optik yöntemlerle (Parçacık Hızı Görüntüleme, PHG) kestirilecek, gerekirse HAD-PHG iterasyonlarıyla katı model yakınsanacaktır. Eşzamanlı olarak Birinci Alt Proje kapsamında geliştirilecek motor, elektriksel iletkenliği düşük titanyum alaşımı ve yüksek enerji yoğunluklu mıknatıs kullanılarak imal edilecektir. Titanyum parazitik kayıpları ve mıknatıs kayıpları malzemenin segmente edilmesiyle özgün olarak minimize edilecek, statorun enkapsülasyonuyla hava aralığında daha az pürüzlü bir ortamda kan akışı sağlanarak pompa ve sistem verimi arttırılacaktır. İkinci Alt Proje kapsamında geliştirilecek olan Kontrol Ünitesinin (TT2) iki Alt Bileşeni ergonomik hasta arayüzü ve çift yönlü veri iletişim protokolu olacaktır. Veri iletişim protokolü, önemli fizyolojik ve elektromekanik değişkenlerin anlık değerlerini hasta arayüzüne ve güvenli olarak hasta takip merkezine iletecek, özgün olarak acil durumlarda merkezden uzman müdahalesine imkan sağlayacaktır. Kontrol Ünitesine gömülü geri-beslemeli denetleyici Kontrol Ünitesinin 3. Alt Bileşeni olup Ana Proje kapsamında geliştirilecektir. Emsallerinden üstün olarak doğrusal olmayan uyarlamalı geri adımlamalı kontrol kuramıyla tasarlanacak olan denetleyici bir yandan türbin devrini hastanın anlık metabolik ihtiyacına göre kararlılıkla ayarlarken, diğer yandan hem alyuvar yıkımı (hemoliz) veya sol karıncık negatif basıncı gibi aşırı hızlardan, hem de pompa trombozu veya doku iskemisi gibi düşük hızlardan kaynaklanan travma risklerini minimize edecektir. Destek Sistemi, Sistemin Temel Teknolojileri ve bunların Alt Bileşenleri, çevresel ortamda tam ölçekli fizyolojik veri setleri ve olası kardiyovasküler patolojileri modelleyen kalp-damar benzetim devresinde doğrulanacak ve gösterilecektir. Projenin 3. Temel Teknolojisini oluşturan ve Ana Proje Kapsamında geliştirilecek olan benzetim devresinde, sol karıncığın zamanla değişen elastansı (hacim basınç ilişkisi) Pontryagin Maximum Prensibi (PMP) uygulamasıyla sol karıncık hidrolik verimini maksimize edecek şekilde modellenecektir. Literatürde şimdiye kadar yalnızca çeşitli empirik elastans girdileriyle belirlenebilen sol karıncık fonksiyonun önerilen projede Optimum Kontrol Teorisinin en etkili yöntemlerinden biri olan PMP ile analitik yoldan benzetilecek olmasının, MDD sistemlerinin performans testine yönelik etkin, uygulanabilir ve özgün bir test platformu sunacağı umulmaktadır.

Laboratuvar Ortamı

Fizyolojik Kontrol Laboratuvarı, dolaşım sistemi başta olmak üzere, insan vücudundaki geri beslemeli kontrol mekanizmalarının nümerik ve fiziki ortamda modellenmesi; elde edilen bilgilerin tıbbi teşhis ve tedavi cihazlarının geliştirilmesi ve öğrencilerin eğitilmesinde kullanılması amacıyla kurulmuştur.

Laboratuvarın öncelikli araştırma konusu 0 yerli, orijinal ve rekabetçi bir kalp destek pompasının üretimini gerçekleştirmektir. Pompa nümerik ortamda tasarlanmakta ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile test edilmekte; 3B yazıcıda oluşturulan fiziksel prototiplerin performansı tasarlanan tezgahüstü dolaşım benzetim modellerinde gösterilmektedir. Bu süreçte mekanik, elektrik, hidrolik, pnömatik, vb. sistemlerin analojisi ve sentezi uygulanmakta, optimal kontrol metotları kullanılmakta, özgün elektronik devreler ve yazılımlar oluşturulmaktadır.

Fizyolojik Kontrol Laboratuvarında çalışmalar TÜBİTAK fonlarıyla desteklenmektedir. Laboratuvar altyapısı kalp destek pompasına ek olarak, diğer tıbbi tanı ve tedavi cihazları içim de Ar-Ge çalışmalarının sürdürülmesine uygundur.

  

                                     Laboratuvarın genel görünümü                                                      Prototip imalat alanı

  

                                       Kalp destek pompası prototipi                                             Dolaşım sistemi benzetim devresi