Análise do escoamento em um dispositivo de assistência ventricular

Abstract

Este trabalho apresenta a análise do escoamento de um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) desenvolvido no Laboratório de Bioengenharia e Biomateriais (BIOENG) chamado Cardiac Assistant Recovery of Life (CARoL). Os DAVs são utilizados para o tratamento de pacientes com Insuficiência Cardíaca (IC), seja como ponte para o transplante ou como terapia de destino, o fluxo contínuo da bomba auxilia no bombeamento vital de sangue para o corpo. Visando a concepção e avaliação das medidas de segurança adotadas para evitar danos ao corpo do paciente implantado com DAV e o prolongamento da vida-útil deste, algumas etapas de ensaios são necessárias. A metodologia de análise do escoamento é dividida em: simulação numérica computacional do escoamento no interior da bomba, ensaio de desempenho hidrodinâmico, ensaio de velocimetria de imagens de partículas e ensaio da hemólise sanguínea (em ambiente virtual e in vitro). A análise do escoamento no interior da bomba CARoL ocorreu durante a sua fase de concepção e projeto mecânico, por meio da construção de um modelo tridimensional e da simulação numérica computacional no ambiente virtual do programa Ansys-CFX empregando o uso de modelagem de Transporte de Tensão de Cisalhamento com uma malha de 99 elementos/mm³. Os ensaios hidrodinâmicos foram realizados objetivando a determinação das curvas características em condições semelhantes ao corpo humano, pressão diferencial de 100 mmHg e fluxo de 5 L/min. O ensaio de PIV foi realizado em um protótipo em acrílico, visando a análise visual das regiões de turbulência da bomba. Com estes parâmetros, foi realizada a análise da hemólise em ambiente virtual utilizando a parametrização da equação de Carreau-Yasuda, com condições de contorno do limite do rompimento mecânico das hemácias de 200 Pa com exposição de 0,4 s a 0,6 s. Os ensaios de hemólise in vitro objetivando determinar a taxa de Hemoglobina Livre (HL) no sangue foram realizados nos laboratórios do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), utilizando dois procedimentos: Harboe e reagente Tetrametilbenzedina (Tmb). Os ensaios de escoamento no interior da bomba CARoL permitiram a definição da geometria e configurações das aletas com resultados satisfatórios para a aplicação, reduzindo inúmeros protótipos e ensaios. Com as curvas características, foi possível estabelecer a rotação nominal da bomba para manutenção do fluxo sanguíneo nas condições fisiológicas a 2100 rpm. O resultado dos ensaios de hemólise do DAV em ambiente virtual foi satisfatório, apresentando o resultado de tensão cisalhante de 130 Pa com o tempo de exposição variando de 0,1 s a 100 s. Os resultados de HL no plasma foram considerados satisfatórios, apresentando valores nos procedimentos Harboe e TMB, de 35 mg/dl e 30 mg/dl, respectivamente, sendo condizente com os resultados obtidos em ambiente virtual com erro menor que 5% na estimação numérica. Futuros trabalhos devem aprimorar a técnica de PIV para análise de outras possíveis variáveis danosas ao sangue como áreas de estagnação e recirculação, propensas à formação de trombos