Design analysis and development of a miniature blood pump

Konjenital kalp hastalığı (KKH) dünyadaki bebek ölümlerinin önde gelen nedenlerinden biridir. Amerikan Kalp Derneği'ne göre, Asya'daki 1000 canlı doğumdan 9.3'ü KKH'den etkilenmiştir. Yetişkinlerde, mekanik dolaşım desteği (MDD) hayat kurtaran bir cihaz olarak ortaya çıkmıştır. KKH'nin boyut sınırlamaları ve doğası nedeniyle, yetişkinler için kullanılan cihazlar pediatrik hastalar için uygun değildir. Dolayısıyla, pediatrik hastalara uygulanabilen minyatür MDD cihazına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma KKH hastaları için yeni bir kan pompası geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu tezde önerilen yeni cihaz, örtülü pervane tipi, eksenel bir akış pompasıdır. Bu tip bir tasarım kan pompalarında daha önce deneysel olarak denenmemiştir. Kan pompasının pervane ve difüzör kanat açıları, hız bazlı 2D üçgen analizi yapılarak elde edilmiştir. Hidrolik performansı öngörmek ve pompa içindeki akış alanını görselleştirmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizi kullanılmıştır. Örtülü pervaneli pediatrik ventriküler destek cihazının ilk prototip dizaynına ulaşabilmek için çeşitli geometrik parametrelere sahip bir dizi pervane ve difüzör tasarımı analiz edilmiştir. Analiz sonucunda bulunan yüksek makaslama stres bölgeleri, kan tahribatına neden olabilecek olası alanları ortaya çıkarmıştır. HAD sonuçlarının doğrulanması için ilk prototip modeli üretilmiştir. Pervane, indükleyici ve difüzör parçaları, hızlı prototipleme yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Çark şeklindeki mıknatıslar pervanenin dış çevresine yerleştirilmiş ve çarkı döndürmek için 3 fazlı, fırçasız doğru akım motor prensibi kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar ve HAD sonuçlarının karşılaştırılması, HAD modelinin güvenilirliğini ortaya koymuştur. HAD bazlı kan hasar analizi, Euler stres ve şekil değiştirme bazlı modeller kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen sonuçların in vitro kan testi ile karşılaştırılması, kurulan analiz modelini doğrulanmıştır. Farklı güç kanunu işlevleri, en iyi tasarım modeli bulmak için kullanılmıştır. Sonuçlar, şekil değiştirme temelli modelin, kan hasarı tahmininde daha güvenilir olduğunu göstermiştir ve bu modele dayanarak ilk prototipte tasarım geliştirmeleri yapılmıştır. İkinci prototipin tasarımı için de daha fazla HAD analizi yapılmıştır. Masa üstü deney düzeneği, yüksek hassasiyetli, 5 eksenli takım tezgâhı kullanılarak üretilmiştir. In vitro hidrolik ve kan testileri yapılmıştır. Analiz sonuçları, kan hasarının, önerilen tasarımda, kabul edilebilir düzeyde olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu şekilde, minyatür kan pompalarında, örtülü pervane tasarımının kullanılmasının başarılı sonuçlar getirebileceği kanıtlanmıştır.