Fluidodinâmica de prótese valvar biológica e polimérica por velocimetria por imagens de partículas resolvida no tempo: análise em fluxo pulsátil em dispositivo de assistência ventricular pediátrico.

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Chan, André Kim
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bioengenharia; Escoamento turbulento; Fluid mechanics; Mecânica dos fluidos; Particle image velocimetry; Prosthetic heart valves; Prótese valvar biológica; Prótese valvar polimérica; Velocidade por imagens de partículas; Ventricular assist devices
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3154/tde-14082025-072749/

Próteses valvares cardíacas representam uma solução bem estabelecida para a substituição cirúrgica das válvulas nativas com comprometimento da função. O desenvolvimento de próteses construídas com materiais poliméricos, em especial as poliuretanas, consiste em uma estratégia mais recente para criar uma alternativa às próteses mecânicas e biológicas. Este trabalho tem como objetivo o estudo do perfil de escoamento do fluido em próteses valvares poliméricas para substituição de próteses biológicas em um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) pediátrico com volume de ejeção de 15 ml. Foram estudados o desempenho hidrodinâmico em duplicador de pulsos e o perfil de escoamento com a técnica de Time Resolved Particle Image Velocimetry 2D com iluminação LED. A técnica Time Resolved Particle Image Velocimetry (TR-PIV) permitiu a determinação de tensões de cisalhamento e áreas de estagnação nos planos central, distal e proximal do DAV. Foram estudadas neste trabalho a tensão de cisalhamento laminar (LVSS), a tensão de cisalhamento principal de Reynolds (MRSS) e a tensão de cisalhamento viscosa turbulenta (TVSS). Comparativamente, as próteses valvares apresentaram gradiente de pressão semelhantes, tendo a prótese polimérica menor área de orifício e maior regurgitação. No plano central, a velocidade máxima do fluido (70 cpm) foi maior para a prótese polimérica quando comparada à biológica, 1,2 m/s e 0,6 m/s, respectivamente. Nos demais planos estudados, as velocidades não apresentaram grandes diferenças. Nessa condição, valores de MRSS máximos foram de 300 Pa para a válvula polimérica e de 100 Pa para a biológica, respectivamente. 300 Pa é um valor que potencialmente pode levar a traumas ao sangue, enquanto 100 Pa não, apesar de trazer risco de ativação de plaquetas, a depender do tempo de exposição. Também houve melhor definição de vórtices para a prótese valvar polimérica, indicando que o fluxo é melhor desenvolvido. Em geral, a prótese valvar polimérica apresentou menor área de estagnação que a biológica, com as áreas de estagnação sendo menores que 5% da área total. Assim, apesar de a prótese valvar polimérica ter apresentado áreas de estagnação comparativamente menores que a prótese valvar biológica, ela também apresentou tensões de cisalhamento mais altas para grande parte dos planos e frequências. O MRSS apresentou maior desvio padrão quando comparado ao LVSS e ao TVSS; LVSS apresentou o menor contraste entre regiões de alto e baixo LVSS, também tendo menor valor em módulo entre as três tensões de cisalhamento; e TVSS apresentou resultados promissores, combinando o contraste mais elevado de MRSS e desvios padrões menores. A utilização da tensão de cisalhamento TVSS, que combina a análise espacial de LVSS com a iterativa de MRSS, mostrou-se a mais promissora para avaliação de traumas ao sangue. Os resultados mostram, pela primeira vez, que o TR-PIV é uma técnica que oferece informações sobre o fluxo em geometrias complexas. A iluminação contínua resultou em imagens com iluminação mais intensa, possibilitando o processamento de locais afastados da fonte luminosa. A metodologia desenvolvida possibilitou a caracterização do fluxo no interior de um DAV pediátrico, possibilitando análises como o impacto de próteses valvares no fluxo. Os resultados obtidos com a metodologia possibilitam uma melhor compreensão do comportamento do fluxo mesmo em uma geometria complexa, contribuindo para a análise e design de dispositivos médicos.