Kardiyovasküler sistem ve İstanbul kalp ventriküler destek cihazının modellenmesi ve simülasyonu

Kalp nakli oranları, donör kalp reddi oranlarının yüksek olması ve artan ve yaslanan nüfusa bağlı olarak kalp yetmezliği (KY) hastalarının sayısındaki artısı sebebiyle sınırlıdır. Sol Ventrikül Destek Cihazları (SVDC'lar), ileri evre kalp yetmezliğine karşı bir destek olarak giderek daha fazla implante edilmektedir ancak, birçok komplikasyonla ilişkilendirilmişlerdir. SVDC tasarımı ve geliştirmesi, düzenleyici kurumlardan onay almadan ¨önce, in-siliko sanal testler, in-vitro sonuçların doğrulanması, hayvanlarda performansın doğrulanması ve son olarak klinik denemeleri içeren çok adimli kapsamlı bir süreçtir. Farklı aşamalarda ilerledikçe, geliştirme süreci daha karmaşık, daha az kontrol edilebilir ve daha maliyetli hale gelir. Bu tür koşullar altında, güvenilir ön klinik çalışmaları kaçınılmaz hale gelir. Mevcut ¸çalışma, sayısal modelleme ve mock circulatory loops olmak üzere iki ¨on klinik modelden faydalanmaktadır. Sayısal modellemede sezgisel ve bilgiye dayalı bir yaklaşım benimsenir; burada model bileşenleri, model denklemlerini açıkça kodlamadan topolojik bir şekilde bağlanır. Mathworks'ün Simscape modelleme ortamı, kardiyovasküler sistem (CVS) ve ˙İstanbul Kalp (iHeart) VAD'ın kapsamlı ve gerçek zamanlı yürütülebilir bir modelini geliştirmek için kullanılmıştır. CVS modeli, mevcut modellerin birleştirilmesiyle geliştirilirken, VAD modeli, iHeart VAD'ın karakteristik verileri kullanılarak kalibre edilmiş analitik bir modeldir. CVS modelinin sağlıklı kalp parametreleriyle kalibre edilmesiyle bir başlangıç noktası oluşturulur. Genişlemiş Kardiyomiyopati (DCM) için parametreler, Azalmış Ejeksiyon Fraksiyonlu Kalp Yetersizliği (HFrED) alt kümesi için yayınlanmış hasta verilerinden toplanır ve hastalık modellemesi istatistiksel olarak havuzlamış değerler kullanılarak gerçekleştirilir. iHeart VAD desteğini simüle etmek için, Simscape'te sol ventrikül apeksine ve çıkan aorta anatomize edilir. CVS-VAD modellemesi, invazifklinik bir prosedür olan hemodinamik ramp testinin in-siliko adaptasyonu için uygulanır; böyle invazif bir prosedürü gerçekleştirmeden önce klinik karar verme sürecini destekleyebilir ve iyileştirmelerin mümkün olup olmadığını önceden araştırarak potansiyel olarak klinik kararları destekleyebilir. Ayrıca, CVS parametreleri ile SVDC emiş hızı arasındaki işlevsel ilişkileri incelemek için tam faktöriyel deney tasarımı yapmak için kullanılır. Emiş tespiti ve avoidance control algorithmin geliştirilmesine rehberlik etmek için kullanılabilir. CVS-VAD modeli ayrıca, iHeart VAD'ın in-vitro davranışını incelemek için numerical-hydraulic hybrid mock circulatory loop geliştirmek için de kullanılır. Benimsenen modelleme yaklaşımı, bir SVDC'nın maruz kaldığı fizyolojik ortamın daha gerçekçi bir şekilde ¸çoğaltılmasına yol açar. Mekanik dolaşım desteği cihazlarının ¨on klinik değerlendirmesi için kapsamlı bir çerçeve sunulmaktadır. Nesne yönelimli ve modüler yapısı nedeniyle öne çıkan model, kolayca diğer kardiyovasküler hastalıklar için de değiştirilebilir. SVDC araştırmalarını kolaylaştırmanın yanı sıra, sunulan¸ çalışma kalp yetmezliği patofizyolojisini anlama, tanı kriterleri ve yardım gereksinimleri derecesini anlama konusunda bir ¨öğretim aracı sağlar. In-siliko ve in-vitro yaklaşımların kullanılması, cihaz davranışı ve performans öngörüsü sağlar ve model doğruluğunu artırarak tamamlayıcı bilgiler sunar.