شبیه‌ساز رباتیک نرم بطن چپ به طور کامل حرکات قلب واقعی را تقلید می‌کند
قلب انسان یک عضو پیچیده است و پژوهشگران تلاش کرده‌اند مدل‌های مصنوعی ایجاد کنند تا به درک عمیق‌تری از عملکرد آن برسند.
اکنون، یک شبیه‌ساز قلب که حرکات و عملکردهای پیچیده قلب انسان واقعی را تقلید می‌کند، ساخته شده است. پژوهشگران دانشگاه نیو ساوت ولز پشت این توسعه هستند.
به خصوص، آن‌ها یک شبیه‌ساز بطن چپ (LV) رباتیک نرم ساخته‌اند که می‌تواند حرکات قلب واقعی را تقلید کند.
“پژوهش ما بر روی جزئیات حرکات قلب که توسط ساختارهای عضلانی پیچیده پنهان شده درون آن ایجاد می‌شوند، تمرکز دارد. تکرار وفادارانه حرکات قلبی، از جمله جزئیات کوچک، پتانسیل دارد تا وابستگی این حوزه به مدل‌های حیوانی را کاهش دهد و رویکردی شخصی‌سازی شده به مراقبت‌های بیمار ارائه دهد,” تان نهو دو، مدرس ارشد دانشگاه، به Interesting Engineering گفت.
شبیه‌ساز سه‌لایه حرکات قلب را تقلید می‌کند
بطن چپ بخش مهمی از قلب است که مسئول پمپاژ خون در سراسر بدن است. ساختار پیچیده و عملکرد آن برای حفظ سلامت کلی ضروری است. هنگامی که بطن چپ بیمار می‌شود، اغلب نیاز به مداخلات پزشکی مانند جراحی‌ها یا دستگاه‌های پشتیبانی دارد.
شبیه‌سازهای قلب موجود اغلب در تکرار کامل حرکات قلبی، از جمله حرکات شعاعی و تغییرات فشار فیزیولوژیکی، ناکام هستند.
این محدودیت‌ها کاربرد این دستگاه‌ها را برای شبیه‌سازی شرایط قلبی مختلف و آزمایش دستگاه‌های قلبی پیش‌بالینی کاهش می‌دهند.
به همین دلیل، تیمی از پژوهشگران این شبیه‌ساز قابل تنظیم بطن چپ را ایجاد کرده‌اند.
آن‌ها این شبیه‌ساز را طراحی کردند تا شکل و عملکرد بطن چپ انسان را با تمرکز بر سه لایه عضلانی اصلی میوکارد تقلید کند.
“ما ساخت را با بررسی ساختار عضلانی بطن چپ انسان شروع کردیم. دیواره بطن چپ سالم انسان شامل یک پیوستار از فیبرهای عضلانی در زوایای مختلف در عرض مقطع عرضی آن است. ما لایه‌های داخلی، میانی و خارجی زوایای فیبر عضلانی را برای ایجاد یک مدل ساده‌شده سه‌لایه از بطن چپ انسان انتخاب کردیم,” نهو دو توضیح داد.
اپیکاردیوم، لایه بیرونی از بافت پیوندی و عروق خونی تشکیل شده است. لایه میانی و ضخیم‌تر، حاوی سلول‌های عضلانی قلبی است که خون را پمپاژ می‌کنند. لایه داخلی، به نام اندوکاردیوم، حفرات و دریچه‌ها را می‌پوشاند.
مدل سه‌لایه با استفاده از “فیبرهای عضلانی مصنوعی هیدرولیکی قابل تنظیم” ساخته شد.
پژوهشگران با تنظیم سه عامل کلیدی: تراکم فیبر، زاویه و جهت فیبر و شکل بطن، یک شبیه‌ساز قلب با قابلیت سفارشی‌سازی بالا ایجاد کردند.
“انتخاب نوع عضله مصنوعی و ساخت چندلایه ما اجازه داد تا شبکه‌ای متراکم از عضلات شبیه به قلب واقعی ایجاد کنیم. از آنجا که ساختار دستگاه ما به قلب واقعی نزدیک‌تر است، می‌توانیم حرکات بیومیمتیکی بیشتری تولید کنیم,” او به IE گفت.
آزمایش دستگاه
برای آزمایش کارایی شبیه‌ساز جدید بطن چپ مصنوعی، پژوهشگران آن را به یک حلقه گردش خون مصنوعی وصل کردند. این حلقه، عروق خونی و دیگر اجزای سیستم گردش خون را شبیه‌سازی کرد.
“آن‌ها نشان دادند که بطن چپ مصنوعی می‌تواند حجم‌های مشابه با قلب‌های سالم و بیمار را پمپاژ و تزریق کند,” به نقل از گزارش مطبوعاتی.
این نشان داد که شبیه‌ساز توانسته است عملکرد پمپاژ بطن چپ انسان را به طور واقعی تقلید کند.
علاوه بر شبیه‌سازی عملکرد عادی یک قلب سالم، پژوهشگران می‌خواستند آزمایش کنند که آیا شبیه‌ساز بطن چپ مصنوعی آن‌ها می‌تواند اثرات برخی مداخلات پزشکی را نیز تقلید کند.
برای انجام این کار، آن‌ها شبیه‌ساز را به یک مدل از یک بیمار انسانی که با یک پمپ بالونی داخل آئورتی (IABP) مجهز شده بود، وصل کردند. برای بیمارانی که عملکرد قلبشان ضعیف شده است، پزشکان گاهی از IABP برای کمک استفاده می‌کنند.
با باد شدن و تخلیه شدن هماهنگ با ضربان قلب، IABP به جریان خون به عضله قلب کمک می‌کند و بخشی از فشار روی بطن چپ را می‌کاهد.
از طریق این آزمایش، پژوهشگران توانستند مطالعه کنند که IABP چگونه بر عملکرد شبیه‌ساز تأثیر می‌گذارد.
آن‌ها توانستند “فشار شریانی را قبل و بعد از مداخله با پمپ اندازه‌گیری کرده و عملکرد آن را در کاهش عملکرد قلبی ارزیابی کنند.”
“این دستگاه می‌تواند به عنوان ابزاری برای پزشکان برای ارزیابی اثرات پیش‌بینی‌شده مداخلات قلبی مختلف، مانند کاشت دریچه یا پمپ قلبی قبل از جراحی بیمار نیز استفاده شود,” نهو دو نتیجه‌گیری کرد.
یافته‌ها در مجله Science Robotics. منتشر شد.
