Banco prova per la simulazione della circolazione pediatrica patologica, modificata secondo Glenn

The work done in this thesis is relative to the research on single ventricle defects, and has the objective of designing and developing a mock circulatory loop of the paediatric circulation after Glenn procedure. The circuit models 2, 4 and 5-year-old patients with BSA of 0,56, 0.67 and 0.74 m2 respectively. To develop the mock circuit, a lumped parameter model was designed in MATLAB®, using one of its toolboxes: Simulink. The values of the parameters of this model were used to dimension and design the hydraulic circuit. The mock circulatory loop simulates the circulatory districts with Windkessel models, and can be set to mimic different patients. Porous elements obtained by 3D printing were used to model the resistance, while closed air chambers were used to model the compliances. The heart of the circuit is a ventricular assist device, driven by a pneumatic system that is controlled by a control system, especially designed for this project. The results given by the computational and physical model were compared, and showed how the pressure and flow waves registered at each district can be considered similar.

Questo lavoro di tesi si inserisce nell'ambito della ricerca sui difetti cardiaci a ventricolo unico e si pone come obiettivo la realizzazione di un banco prova in grado di simulare il sistema cardiocircolatorio pediatrico, a seguito dell’intervento di Glenn, per pazienti di 2, 4 e 5 anni. Per la progettazione del banco prova è stato implementato un modello elettrico a parametri concentrati in ambiente Matlab®. I valori degli elementi del modello a parametri concentrati sono stati utilizzati per il dimensionamento dei componenti del circuito in vitro. Il banco prova realizzato simula i distretti circolatori tramite modelli Windkessel. Gli elementi resistivi sono stati ottenuti utilizzando campioni porosi stampati in 3D, mentre gli elementi complianti sono stati realizzati utilizzando casse d’aria chiuse. Per la rappresentazione del ventricolo unico è stato utilizzato un dispositivo pneumatico di assistenza ventricolare. E’ stato inoltre realizzato un sistema di controllo in grado di regolare l’apertura e la chiusura delle elettrovalvole presenti sulla linea di comando. Le prove svolte hanno mostrato come i segnali di portata e di pressione, acquisiti in ogni distretto, siano confrontabili a quelli ottenuti dalla simulazione computazionale.