Kardiyovasküler cihazlar ve konjenital hastalıkların azaltılmış mertebeden dijital ikizleri

Yenidoğanların yaklaşık %1'i her yıl klinik olarak konjenital kalp hastalığı (KKH) ile doğmakta olup, bu durum dünya genelinde en yaygın doğumsal anomalidir. Bunlar arasında, tek ventrikül (SV) malformasyonları ve şiddetli sağ kalp tıkanıklıkları en zorlayıcı olanlardır ve genellikle karmaşık, çok aşamalı cerrahi tedavi veya uzun süreli mekanik dolaşım desteği (MCS) gerektirir. Bu hastalıkların yönetimi, hastaya özgü anatomik farklılıklar ve geniş klinik veri setlerinin eksikliği nedeniyle karmaşıktır; bu durum tedavi protokollerinin genellenmesini sınırlar. Son yıllarda, bilgisayar tabanlı hesaplamalı modelleme, hem cerrahi planlamada hem de cihaz tasarımında kişiselleştirilmiş karar verme süreçlerini desteklemek için umut vaat eden bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Dolayısıyla bu tez, konjenital kalp hastalığının tedavisinde karşılaşılan temel klinik zorluklara yanıt vermek amacıyla kardiyovasküler simülasyonları, sanal hasta modellemesini ve mekanik destek optimizasyonunu birleştiren bu yaklaşımları incelemektedir. Çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölüm, sağ ventrikülün (RV) ciddi derecede gelişmemiş olduğu nadir bir durum olan pulmoner atrezi eşliğinde intakt ventriküler septumu olan hastalar için ameliyat öncesi planlamaya odaklanmaktadır. Bu vakalarda, iki ventrikül çevrime dönüş ile bir buçuk ventriküle dönüş operasyonları arasında seçim yapmak çoğunlukla belirsizdir. Karar verme sürecine yardımcı olmak için, farklı anatomik ve fizyolojik özelliklere sahip sanal hasta popülasyonlarını simüle etmek amacıyla bir lumped parametre kardiyovasküler modeli geliştirilmiştir. Her hasta için iki cerrahi strateji hesaplamalı olarak değerlendirilmiş ve önemi kardiyovasküler elemanların post-operatif basınç, akış ve oksijen dağılımı incelenmiştir. Sonuçlar, sağ ventrikül büyüklüğü ve fonksiyonunun cerrahi başarı ile ilişkili desenlerini ortaya koymuş ve klinik müdahale öncesinde tarama aracı olarak hesaplamalı modellerin potansiyelini desteklemiştir. Bu kişiselleştirilmiş modelleme yöntemi, sınırlı kanıta dayalı kılavuzların bulunduğu nadir konjenital hastalıklarda özellikle değerli olabilir. Tezin ikinci bölümü, hem yenidoğanlar hem de daha büyük çocuklarda SV fizyolojisine sahip, özellikle cerrahi başarısızlık riski taşıyan veya transplantasyona ihtiyaç duyan hastalar için MCS stratejilerine odaklanmaktadır. İlk olarak, pulmoner kan akımının mekanik bir pompa kullanılarak desteklendiği Norwood dolaşımı incelenmiştir. Hesaplamalı simülasyonlar, bu yaklaşımın özellikle ventriküler fonksiyonu azalmış hastalarda sistemik perfüzyon ve oksijenasyonu artırabileceğini göstermiştir; bu da yüksek riskli yenidoğanlar için alternatif bir yol sunmaktadır. Buna ek olarak, başarısız Fontan dolaşımına sahip hastalar için yeni bir destek konsepti önerilmiştir; burada native SV pulmoner dolaşımda kullanılırken, mekanik destek cihazı sistemik dolaşımı sürdürür. Bu konfigürasyon, doğrulanmış kardiyovasküler modeller kullanılarak çeşitli başarısızlık senaryolarında test edilmiş ve geleneksel çift pompalı sistemlere göre daha fizyolojik ve etkili bir alternatif olarak umut vadetmiştir. Son olarak, tezin ikinci kısmı, kardiyovasküler modelleme ile pompa tasarım yazılımlarını entegre ederek ventriküler assist cihazlarının tasarım ve optimizasyonu için yeni bir çerçeve sunmaktadır. Bu yaklaşım, pompa performansının gerçekçi fizyolojik koşullar altında etkin değerlendirilmesine olanak tanımakta ve akış kalitesi ile güvenlik ve verimliliği dengede tutan hastaya özgü cihaz konfigürasyonlarının geliştirilmesini desteklemektedir. Özet olarak bu tez, entegre hesaplamalı modellemenin konjenital kalp hastalıklarının yönetiminde hem klinik hem de mühendislik alanlarını nasıl destekleyebileceğini göstermektedir. Sanal hasta popülasyonları oluşturarak, cerrahi ve cihaz sonuçlarını simüle ederek ve dolaşım konfigürasyonlarını optimize ederek, çalışmanın pediatrik kardiyolojideki en karmaşık durumlar için daha kişiselleştirilmiş, öngörücü ve etkili tedavi stratejilerine giden bir yol sunduğu görülmektedir.