Design of left ventricle for cardiovascular system mock circuit

Abstract

Heart disease is founded as the highest cause of death in the world. These loses can reduce by improving heart valves, ventricular assist devices (VADs), total artificial hearts, heart and lung machines etc. All these medical devices have to be tested on cardiovascular mock circuits (CVMCs) before starting clinical testing. At 1975 Donovan et al. designed and built a complete mock circulation for testing artificial hearts but, atria or ventricles wasn’t include to system. This CVMC has been the basis for many. Timms et al. (2010) designed and constructed a CVMC which includes both systemic and pulmonary circulatory systems. They accomplished to produce left ventricular pressure but, they couldn’t prevent lagging in aortic pressure. Aortic valves opening and closing times or wrong resistance values may cause this problem. For prevent this problem more accurate heart valves may use and resistance may optimize with feed-back control of proportional control valves. Objective in this study was to design and build CVMC which is drivable with an elastance based feed-back control for simulate heart functions in various conditions. CVMC virtually designed by using Solidworks based on results which are obtained in the Simulink model. Pressure and flow inputs and check valve outputs are implemented into system by using dSPACE control card. CVMC operated successfully with compressed air and check valves. However, results are indicated a leaking problem of heart valves.

Kalp hastalıklarından kaynaklı ölümler hala dünyadaki en yüksek sayıdaki ölüm sebebidir. Bu kayıplar kalp kapakçıkları, ventrikül destek üniteleri (VADs), yapay kalpler, kalp-akciğer makinaları vs. Geliştirilerek azaltılabilir. Ancak bütün bu araçlar kılinik testler öncesinde kardiovasculer mock düzenekleride (CVMC) test edilmelidir. Donovan ekibi 1975 yılında kalp kapakçıklarının denenmesi amacıyla CVMC dizayn edip kurdular fakat, kulakçık ve karıncıklar sisteme dahil edilmemişti. Bu sistem bir çok yenisi için temel niteliği taşımaktadır. 2010 yılında Timms ve ekibi sistemic ve pulmoner tarafların bulunduğu bir CVMC dizayn edip kurdular. Bu sistemle sol karıncık basıncını başarılı bir şekilkde elde etmelirne karşın aort basıncının gecikmeli olarak elde edilmesini engelliyemediler. Bu probleme aort kapakçığının zamanında açılıp kapanamaması yada direnç değerlerinin optimum olmaması sebep olmuş olabilir. Bu problemi engellemek için daha iyi kalp kapakçıkları seçilerek, dirençlerde geri-besleme konrollü, doğrusal akış vanalarıyla optimize edilebilinir. Kalp fonksiyonlarını çeşitli durumlara yerine getirebilicek, geri-beslemeli elastansla kontrol edilebilicek bir CVMC dizayn edip kurmak bu projenin amacıdır. Bunun için Matlabdeki simülasyonlardan elde edilen verilerle, SolidWorks de sanal dizaynı yapıldı. Basınç, akış bilgileri ve çek valflerini kontrolleri dSpace kontol borduna yerleştirldi. CVMC hava basıncı kullanılarak başarlı birşekilde işletildi. Ancak soruçlar kalp kaçakçıklarının kaçırdığına işaret etti.