Progettazione e controllo di pompe pulsatili nella perfusione epatica ex vivo

Ex vivo mechanical perfusion techniques represent a fundamental solution to optimize organ preservation and expand the donor pool in liver transplantation. However, the faithful replication of physiological fluid-dynamic conditions, with particular reference to the simulation of cardiac pulsatility, constitutes an ongoing engineering challenge. This thesis documents the design, development, and experimental validation of a closed-loop simulator prototype for liver perfusion. The system drives magnetic levitation centrifugal pumps for the independent control of the arterial and portal branches, generating parameterizable sinusoidal flows and integrating anti-decoupling soft-start logic. Pressure is acquired by clinical sensors via a dedicated conditioning circuit and transmitted in real time to a MATLAB interface for data logging. Laboratory tests successfully validated the stability and linearity of the open-loop simulator. The entire infrastructure, ultimately engineered on a simulation-validated printed circuit board (PCB), lays the groundwork for the future implementation of feedback control (PID) and preclinical biological testing.

Le tecniche di perfusione meccanica ex vivo rappresentano una soluzione fondamentale per ottimizzare la preservazione degli organi e ampliare il pool di donatori nel trapianto di fegato. Tuttavia, la fedele replicazione delle condizioni fluidodinamiche fisiologiche, con particolare riferimento alla simulazione della pulsatilità cardiaca, costituisce una sfida ingegneristica ancora aperta. Il presente lavoro di tesi documenta la progettazione, lo sviluppo e la validazione sperimentale di un prototipo di simulatore a circuito chiuso per la perfusione epatica. Il sistema aziona pompe centrifughe a levitazione magnetica per il controllo indipendente dei rami arterioso e portale, generando flussi sinusoidali parametrizzabili e integrando logiche di soft-start anti-disaccoppiamento. La pressione è acquisita da sensori clinici tramite un circuito di condizionamento dedicato e trasmessa in tempo reale a un'interfaccia MATLAB per il data-logging. I test condotti in laboratorio hanno validato con successo la stabilità e la linearità del simulatore in catena aperta. L'intera infrastruttura, ingegnerizzata infine su un circuito stampato (PCB) validato mediante simulazione, pone le basi esecutive per la futura implementazione del controllo in retroazione (PID) e per la sperimentazione biologica pre-clinica.