Tese de Doutorado

Anualmente, cerca de cinquenta mil crianças falecem no mundo devido à insuficiência cardíaca (IC) terminal. Uma medida adotada para aumentar a sobrevida dos pacientes infantis com IC é a implantação de um dispositivo de assistência ventricular pediátrico (DAVP) para auxiliar o coração debilitado. Apesar de estarem disponíveis desde os anos 1980, os DAVPs pulsáteis ainda necessitam de melhorias. O escoamento não natural do sangue nos dispositivos é uma das causas que podem levar às complicações hematológicas como a hemólise e trombose. Grandezas físicas como a tensão de cisalhamento e o tempo de residência das células sanguíneas no DAVP estão correlacionadas ao rompimento celular e/ou desencadeamento de reações de coagulação no sangue. Avaliar os efeitos que as mudanças no modo de operação do DAVP geram no escoamento são essenciais. Neste trabalho o ângulo da válvula de entrada do DAVP pulsátil desenvolvido pelo Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HCFMUSP) foi alterado e o escoamento resultante foi medido de forma não intrusiva pela velocimetria por imagem de partículas resolvida no tempo (TR-PIV). Os campos PIV, foram utilizados para avaliar qual ângulo entre os seis disponíveis (0º, 15º, 30º, 45º, 60º e 90º) foi o melhor usando os pós-processamentos do pseudo-tracking para reconstruir pseudopartículas, avaliar se estas pseudopartículas se degradariam como as células verdadeiras, quantificar as áreas dos vórtices de lavagem, a energia relacionada à turbulência e a estagnação nos planos. Os resultados apontaram para 0º como a melhor opção, seguido de perto por 90º, mas com a vantagem de uma menor probabilidade de regurgitação nas válvulas. Os ângulos de 15º a 60º não foram indicados para o uso devido à características não ideais observadas nos parâmetros da velocidade, vorticidade, energia cinética, energia cinética da turbulência e tensão de cisalhamento dos escoamentos.

Every year, around fifty thousand children die worldwide due to terminal heart failure (HF). One measure adopted to increase the survival of pediatric patients with HF is the implantation of a pediatric ventricular assist device (PVAD) to support the weakened heart. Although available since the 1980s, pulsatile PVADs still require improvements. Unnatural blood flow in the devices is one of the causes that can lead to hematologic complications such as hemolysis and thrombosis. Physical quantities such as shear stress and the residence time of blood cells in the PVAD are correlated with cell rupture and/or triggering of blood coagulation reactions. Assessing the effects that changes in the PVAD operating mode generate on the flow is essential. In this study, the inlet valve angle of the pulsatile PVAD developed by the Heart Institute (InCor) of the Hospital das Clínicas of the Faculty of Medicine of the University of São Paulo (HCFMUSP) was changed and the resulting flow was measured non-intrusively by time-resolved particle image velocimetry (TR-PIV). The PIV fields were used to evaluate which angle among the six available (0º, 15º, 30º, 45º, 60º and 90º) was the best using pseudo-tracking post-processing to reconstruct pseudoparticles and evaluate whether these pseudoparticles would degrade like real cells. Other post-process were used to quantify the areas of the wash vortices, the energy related to turbulence and stagnation in the planes. The results indicated that 0º was the best option, followed closely by 90º, but with the advantage of a lower probability of valve regurgitation. Angles from 15º to 60º were not recommended for use due to non-ideal characteristics observed in the parameters of velocity, vorticity, kinetic energy, kinetic energy of turbulence and shear stress of the flows.