Kalp-damar cihazlarinda ve cerrahi konstrüksüyonlarda akışkanlar mekaniği

Her yıl dünyada yenidoğanların yaklaşık %1'i, klinik olarak önemli bir konjenital kalp hastalığı ile doğar. Bunlar arasında tek ventriküllü kalp hastalığı, tedavi edilmediği takdirde ölüme yol açan en ciddi hastalıklardan biridir. Tek ventrikülü yalnızca oksijenli kanı vücuda pompalamak amacıyla kullanmak için, genel olarak bir seri cerrahi müdahale gerçekleştirilerek üst ve alt ana toplardamarlar (SVC ve IVC) pulmoner arterlere (PA) doğrudan bağlanır. Bu cerrahi müdahalelerden sonra ortaya çıkan vasküler bağlantı olan toplam kavopulmoner bağlantıdaki (TCPC) hemodinamik çok önemlidir ve uygun şekilde tasarlanmadığı takdirde ciddi postoperatif komplikasyonlara yol açabilir. Kardiyopulmoner baypas (CPB), aort kanülasyonu gerektiren bu operasyonların en önemli bileşenidir. Kardiyopulmoner baypas, bu kardiyak cerrahi prosedürler sırasında kısa süreli destek sağlar ve ciddi kardiyorespiratuar yetmezliği olan hastaların, akciğer ve kalplerinin iyileşmesi için zaman isteyen bir müdahaleye ihtiyacı olacaktır. Bu durumda, Venovenöz ekstrakorporeal membran oksijenasyonu (VV-ECMO), daha yüksek düzeyde mobilizasyon ve fiziksel rehabilitasyon ile çift lümenli bir kanül (DLC) kullanarak tek noktadan vücuda erişim sağladığı için tercih edilen klinik bir müdahaledir. Bu tezde, kardiyovasküler kateterlerdeki bu akışkan dinamikler ve ayrıca toplam kavopulmoner bağlantılar araştıralacaktır. Mevcut tez, iki ana bölüm ve bu iki ana bölümün altında incelenen beş alt bölümden oluşmaktadır. Bu tezin ilk bölümü, iki önemli kardiyovasküler kateterde (aort ve çift lümenli kanül) akışkan dinamiğinin deneysel ve hesaplamalı araştırılmasına ayrılmıştır. Yenidoğan ve pediatrik popülasyon için boyut kısıtlamaları dikkate alınarak farklı yeni tasarımlar sunulmakta ve önerilmektedir. Bu kanüllerdeki akış özelliklerini deneysel olarak ölçmek için zaman çözümlü parçacık görüntü velosimetri (TRPIV) kullanılır. Aynı deneysel yöntemler daha sonra temel veya ticari kanüller için gerçekleştirilir ve performans parametreleri önerilen modellerle karşılaştırılır. Son olarak, sağ kulakçık içindeki DLC performansını araştırmak için hesaplamalı akışkan dinamiği (CFD) kullanılır. Bunu takiben, drenaj delikleri ve infüzyon portunun düzenlenmesi dikkate alınarak 14 parametrik kanül konfigürasyonu önerilmiştir. Hesaplamalı sonuçlar, şu anda kullanılan klinik kanüllerin daha fazla optimizasyona ihtiyaç duyduğunu göstermiştir. Tezin ikinci bölümünde, TCPC'lerin içindeki sıvı akışı, in vitro deneyler ve hesaplamalı simülasyonlar kullanılarak analiz edilmiştir. Bu bölüm, karmaşık TCPC'lerde hepatik akış dağılımının (HFD) miktarının belirlenmesi için kullanılabilecek basit ve düşük maliyetli bir deneysel metot sunar. Daha da önemlisi, karmaşık vasküler bağlantılarda kan akışının CFD simülasyonlarının doğrulanması için kullanılabilen referans idealize edilmiş bir TCPC için güç kaybı (PL), toplam pulmoner akış bölünmesi (TPFS) ve HFD gibi kapsamlı bir anahtar deneysel veri sağlar. Son olarak, idealize edilmiş TCPC model ve ayrıca bir hastaya özel model için farklı CFD modeller kullanılarak simülasyonlar yapılır ve bunların tahminî doğruluğu in vitro verilerle karşılaştırılır. Tezin sonuçları, türbülanslı modellerin önemli akış parametrelerini yüksek düzeyde doğrulukla tahmin edebildiğini ve hem idealize edilmiş hem de hastaya özel modeller için ise hesaplama maliyetini önemli ölçüde düşürdüğünü ortaya koydu.