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Modelagem computacional e validação de dispositivo intra-aórtico de assistência para pacientes pediátricos

Processo: 19/21236-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de outubro de 2019
Vigência (Término): 30 de setembro de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Biomédica
Convênio/Acordo: CNPq - INCTs
Pesquisador responsável:Marco Antonio Gutierrez
Beneficiário:Ricardo Doll Lahuerta
Instituição-sede: Instituto do Coração Professor Euryclides de Jesus Zerbini (INCOR). Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da USP (HCFMUSP). Secretaria da Saúde (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:14/50889-7 - INCT 2014: em Medicina Assistida por Computação Científica (INCT-MACC), AP.TEM
Assunto(s):Balão intra-aórtico   Órgãos artificiais   Método dos elementos finitos   Interação fluido-estrutura

Resumo

O balão intra-aórtico (BIA) é um dos mais utilizados dispositivos de assistência circulatória em pacientes adultos com insuficiência cardíaca. Isso decorre do fato de que pode ser implantado e retirado com baixa invasividade, comparado a outros dispositivos de assistência. O BIA atua em contrapulsação com insuflação na diástole, aumentando o fluxo em direção à aorta ascendente, o que melhora a circulação coronária, cerebral e sistêmica. A insuflação é gerada com pressurização de gás hélio que permite uma rápida resposta pneumática. A presença do balão reduz a impedância aórtica contribuindo com a redução do trabalho cardíaco e o consumo de oxigênio no miocárdio. No entanto, a utilização do BIA em pacientes pediátricos com idade inferior a cinco anos é tecnicamente complicada e pouco eficaz, devido principalmente a alta elasticidade da aorta que impede um aumento da pressão diastólica. Nesses pacientes, há também a dificuldade de se ajustar e sincronizar os ciclos de insuflação e desinflação do balão, dada a maior frequência cardíaca em relação aos adultos. O objetivo desta pesquisa é desenvolver um dispositivo intra-aórtico pediátrico com base no conceito de estruturas flexíveis sem juntas utilizando metamateriais, projetados via Método de Otimização Topológica (MOT). A hipótese do trabalho baseia-se na possibilidade de criar uma estrutura elástica que permita compensar a complacência aórtica de pacientes pediátricos. Para a solução do desafio proposto que é grande complexidade, propõe-se desenvolver um modelo computacional do problema a partir da elaboração de um modelo do balão intra-aórtico utilizando o Método de Elementos Finitos (MEF) considerando a Interação Fluido-Estrutura (IFE) de escoamento não-turbulento, definição do problema de otimização e aplicação do MOT para identificação do novo mecanismo de atuação do dispositivo. A solução numérica via MEF será validada em in-vitro a partir da construção do dispositivo e testes em simulador cardiovascular. (AU)