Progettazione e sviluppo di un banco prova automatizzato per la simulazione della circolazione pediatrica fisiologica e patologica

The purpose of the present project is the design and the development of a test bench for the simulation of the patho-physiological pediatric circulation. Particular attention was paid to the automation of the regulation processes of its components. In order to develop new operative techniques, in the pathologic field of the cardiovascular system, it is necessary to have a module to be able to test them safely. The realization of a RCR model (two hydraulic resistors and one compliance) offers the possibility to perform tests easily, although being versatile and suitable to different patho-physiological applications. In this work, first of all, the cardiovascular system and a panoramic on the congenital pathologies that afflict it will be discussed. The different test benches that are present in literature will be analyzed, paying particular attention to the most realistic and technologically advanced ones. These will provide a starting point for the development of the RCR module showed here. In particular, the single components will be studied in their characteristics so that they are designed to be functinonal both individually and integrated in a modular structure. On the circuit resulting from the analysis, tests will be performed in order to highlight its strengths and criticalities, in addition to the possibility of working within a wide range of conditions. Finally, the test bench will be paired with a volumetric pulsatile pumping system that will highlight its functioning in realistic conditions. The behaviour of the circuit will result, in fact, accurate and reliable, despite it shows a quite high passive resistance. Possible further developments are provided, thanks to the observation of the obtained results.

Il presente progetto si pone come scopo la descrizione della progettazione e dello sviluppo di un banco prova per la simulazione della circolazione pediatrica fisiologica e patologica. Particolare attenzione è stata posta all’automazione dei processi di regolazione delle componenti dello stesso. Per sviluppare nuove tecniche operative, nell’ambito patologico del sistema cardiocircolatorio, è necessario disporre di un sistema per poterle testare in sicurezza. La realizzazione di un modello RCR (due resistenze idrauliche e una compliance) offre la possibilità di eseguire test in maniera semplice, tuttavia rimanendo versatile e adatto a svariate applicazioni fisio-patologiche. In questo lavoro verrà dapprima trattato il sistema cardiocircolatorio e una panoramica sulle malattie congenite che lo affliggono. Saranno analizzati i diversi banchi prova presenti in letteratura, ponendo particolare attenzione ai più realistici e tecnologicamente avanzati. Questi forniranno un punto di partenza per lo sviluppo del modulo RCR qui mostrato. In particolare, verranno studiate le singole componenti nelle loro caratteristiche in modo che risultino funzionali sia singolarmente che integrate in una struttura modulare. Sul circuito risultante dall’analisi, verranno dunque eseguiti test che ne evidenzieranno i punti di forza e le criticità, oltre alla possibilità di lavorare entro un ampio spettro di valori per le più svariate condizioni. Infine, il banco prova sarà accoppiato ad un sistema di pompaggio pulsatile volumetrico che metterà in luce il suo funzionamento in condizioni realistiche. Il comportamento del circuito risulterà, di fatto, accurato e affidabile, nonostante presenti una resistenza passiva piuttosto elevata. Possibili sviluppi futuri verranno comunque forniti, grazie all’osservazione dei risultati ottenuti.