Velocimetria de imagens de partículas aplicada ao estudo de um ventrículo artificial pediátrico

Autor(es)

Eduardo Ferrara

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI)
• Data de defesa: 2005-09-29

Membros da banca

Mikiya Muramatsu; Adolfo Alberto Leirner; Marcos Tadeu Pereira; Walter Maigon Pontuschka; Niklaus Ursus Wetter

• Orientador: Mikiya Muramatsu; Idagene Aparecida Cestari

Resumo

Este trabalho apresenta a implementação de um sistema de velocimetria de imagens de partícula (VIP) para estudo do escoamento do sangue em um dispositivo de assistência ventricular para uso pediátrico (DAVP). O sistema VIP implementado é constituído por uma fonte de iluminação composta por um par de lasers de Nd:YAG (pulso de aproximadamente 18mJ de energia e duração de 5ns), um sistema óptico contendo duas lentes convergentes, uma câmera CCD e uma câmara para visualização. O DAVP estudado foi construído em acrílico transparente e é constituído de uma câmara de sangue e uma câmara pneumática, divididas por uma membrana flexível. A câmara sanguínea possui dois orifícios dotados de válvulas de tecido biológico para a entrada e saída de sangue. A câmara pneumática é conectada a um gerador de pulsos de pressão positiva. O fluido foi semeado com esferas de poliestireno (10 \"mu\" de diâmetro). Foram determinadas as distribuições de velocidades instantâneas nas freqüências de batimento de 80, 100 e 120 bpm em três campos (65 mm x 65mm) da câmara paralelos à membrana e um campo situado no canal de entrada do DAVP, usando correlação cruzada com base na transformada rápida de Fourier. Um gerador de pulsos foi utilizado para sincronizar a detecção das imagens pelo sistema VIP com as fases de interesse no ciclo de bombeamento. Na freqüência de batimentos de 80 bpm as velocidades máximas foram de 1,94 m/s no canal de entrada durante o período de enchimento e 1,66 m/s nas regiões próximas à membrana durante o período de ejeção. Em 100 bpm, as velocidades máximas foram de 1,68 m/s no canal de entrada e 1,15 m/s nas regiões próximas a membrana. As distribuições de velocidades instantâneas mostram a ocorrência de pequenos vórtices, principalmente durante a fase de enchimento. Estes vórtices apresentam grande variabilidade ciclo-a-ciclo produzindo turbulências no fluxo e tensões de Reynolds elevadas. No ciclo a 80 bpm, ) parte da energia cinética turbulenta é dissipada devido à desaceleração do fluxo na câmara sanguínea antes do inicio da fase de ejeção. Isto ocorre para as freqüências de 100 e 120 bpm. A máxima tensão de Reynolds foi observada no canal de entrada do DAVP no valor de 222 N/m2 durante o enchimento, persistindo por 25 ms. No plano da membrana a maior tensão encontrada foi igual a 250 N/m2 durante o enchimento, persistindo por 25 ms. O campo de velocidades media contém vórtices permanentes durante a fase de enchimento que influenciam significativamente o fluxo na câmara e cujo numero aumenta com a freqüência de batimentos, provocando aumento de turbulências. Estes resultados indicam que existe maior possibilidade de ocorrer o processo de hemólise durante o enchimento do que durante a ejeção. Vetores com baixas velocidades foram observados na região compreendida entre os canais de entrada e saída do fluxo na câmara sanguínea no período de ejeção, sugerindo a possibilidade de ocorrer à formação de trombos nesta. (AU)

• Processo FAPESP: 01/14026-4 - Velocimetria de imagens de particulas aplicada ao estudo de um ventriculo artificial para uso pediatrico.
• Beneficiário: Eduardo Ferrara
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado