Master's Thesis

Artificial heart on the principle of gas accumulators

Final Thesis 4.62 MB Appendix 639.8 kB

Author of thesis: Ing. Ondřej Kunický

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: prof. Ing. František Pochylý, CSc.

Reviewer: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.

Abstract:

The diploma thesis deals with the design of an artificial heart based on the principle of gas accumulators. The introductory part describes the anatomy and physiology of the human cardiovascular system, mechanical heart replacement and the basic properties of pneumatic mechanisms. Furthermore, there is shown the procedure of pneumatic circuit design and its simulation in the program Simulink. The experimental part contains verification of the functionality of the pneumatic circuit, designed the positive displacement pump, and the measured characteristics of both ventricles. The last part of the work deals with the reduction possibilities of dimensions and weight of the whole mechanism. There is also included computational modelling of the pneumatic circuit using helium as a working medium.

Keywords:

Cardiovascular system, artificial heart, pneumatic mechanism, experimental verification, computational modelling, pump characteristics

Date of defence

13.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

začátek prezentace 10:41 konec prezentace 10:53 prof. Pochylý přečetl svůj posudek vedoucího DP doc. Fialová přešetla svůj posudek vedoucího DP Student aktivně odpověděl naotázky oponenta. Veřejná rozprava byla pouze jedna otázka ohledně uzavírání klapkz pčipomínající práci realné chlopně (doc. Fialová)

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Fluid Engineering (M-FLI)

Composition of Committee

prof. Ing. František Pochylý, CSc. (předseda)
doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
Ing. Jindřich Veselý, Ph.D. (člen)

Diplomová práce je zaměřena na nový princip umělého srdce. Základní prvky jsou tvořeny kompresorem a dvěma komorami. Pneumaticko-hydraulický systém simuloval časový průběh průtoku krve v korelaci s elektrickou aktivitou srdce.. 
Diplomant pracoval velmi aktivně, samostatně a zodpovědně. Zpracoval vynikající literární rešerši, navrhl pneumaticko-hydraulický obvod a provedl simulaci využitím systému Matlab - Simulink. Navrhl experimentální zařízení a provedl spolu s pracovníky laboratoře náročné experimenty a jejich vyhodnocení. Všechny části diplomové práce mají vysokou úroveň jsou správně vyhodnoceny a budou dobrým základem pro další výzkum umělého srdce.
Doporučuji diplomovou práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce s názvem "Umělé srdce na principu plynových akumulátorů"  byla řešena pomocí počítačového modelování a také experimentálně. Tato rozsáhlá práce ze 1/3 rešeršně zpracovává problematiku anatomie, hemodynamiky kardiovaskulárního sytému a použití umělého srdce na pneumatickém principu SynCardia.Ze zajímavosti autor zmiňuje i biokompatibilní variantu vyrobenou 3D tiskem. Obsáhle se věnuje použití pneumatických mechanismů. Počítačové modelování diplomant prováděl pomocí komerčního softwaru Matlab Simulink, experimenty v laboratořích OFI V.K. Provedl jak kontrolní měření pneumatické části sytému a v závěru i hydraulické části. Naplnil cíle zadání diplomové práce bezezbytku.
K práci mám několik připomínek, zejména ke zpracování. V úvodu vypsané odstavce týkající se  onemocnění a srdečních podpor se opakují  až na pár slov beze změny v kapitole 3. Příliš podrobné popisy prvků výpočetního modelu zbytečně prodlužují práci a neposkytují nezbytné informace. Stejně tak až školácky popisované postupy a nastavení jak modelování tak experimentu. Důležité výsledky modelováni jedno a dvoukomorové varianty a srovnání s experimentem následně neprávem zaniknou. V práci se vyskytuje také nezanedbatelné množství překlepů a nestandardních skloňování (vytisklé srdce,  odsátý vzduch z membrány? a pod.).
Pokud se podíváme na matematicko-fyzikální stránku práce, i v ní nalezneme mnoho nepřesností a zdvojení v označení. Při pohledu na Bernoulliho rovnici (4.1) s kinetickým členem a označením rychlosti "v" a v textu pod ní malým v označený měrný objem vzduchu. Následně v kapitole 4.3 popisuje proudění plynu Bernoulliho rovnicí ve tvaru (4.7), kde používá pro rychlost proudění označení "w" (běžně užívané pro vektor relativní rychlosti). Další neobvyklou informací je použití Reynoldsova čísla (4.9) a (2.4) - proč je uvedeno 2x a pokaždé s jiným číslem rovnice? - pro popis proudění krve (nenewtonské kapaliny) včerně informace ze str.24, že laminární proudění se rozpadá na turbulentní u hodnoty Re 200 a turbulentní už u hodnoty 1000.  Stejná kapitola hovoří o viskozitě krve a jejích změnách u anémií - jak se viskozita nenewtonské kapaliny určuje? Odkaz na literaturu 3 - Lékařská fyziologie nikterak nevysvětluje tyto technické nejasnosti. Celkově práci chybí technická strohost a výstižnost.
Pokud se čtenář prokouše na konec práce, vlastně neví, co bylo zadáním, i když v celé práci jsou cíle naplněny (návrh kompresoru není propracován), jen skryty v balastním textu, což je velká škoda. Práce by byla kvalitní a díky rozsahu řešení i velmi zajímavá.
Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1. Vysvětlete jaké silové poměry popisuje Reynoldsovo číslo; jaká je jeho kritická hodnota; lze jej použít pro nenewtonské kapaliny a za jakých podmínek; liší se kritická hodnota pro různá média?
  2. 3. Jaké jsou výhody a nevýhody objemových čerpadel s pneumatickým pohonem pro srdeční náhrady? Jaká je momentálně nelepší srdeční náhrada a na jakém principu pracuje?
  3. 2. Jak se liší viskozita newtonských a nenewtoských kapalin, co je to tzv.relativní viskozita?
Display more

Grade proposed by reviewer: B