Doenças cardíacas impactam milhões anualmente, com transplantes cardíacos muitas vezes sendo a única solução. Contudo, a escassez de doadores, especialmente para pacientes pediátricos, é um desafio constante. Dispositivos de assistência ventricular têm surgido como uma solução temporária, prolongando a vida dos pacientes até a disponibilidade de um doador. No entanto, esses dispositivos enfrentam problemas como a hemólise e a formação de trombos, mais acentuados em pacientes pediátricos. Este estudo foca no escoamento dentro de um dispositivo de assistência ventricular pediátrico (PDAV) em desenvolvimento pelo Instituto do Coração (INCOR). A técnica de velocimetria por imagem de partículas resolvida no tempo (TR-PIV) foi empregada para analisar o escoamento no PDAV em três planos distintos e em seis ângulos da válvula de entrada (0º a 90º), a uma frequência de operação de 70 BPM. Para cada configuração, foram coletados 4500 campos de velocidade a uma frequência de 3250 Hz. A análise desse vasto conjunto de dados exigiu a adoção de uma metodologia inovadora, incluindo a técnica RPOD para filtragem e interpolação de dados corrompidos por ruídos e vetores espúrios devido às condições adversas de medição. Uma análise paramétrica com o t- SNE foi realizada para avaliar qualitativamente o efeito da mudança na posição da válvula. Posteriormente, uma análise modal completa da evolução temporal do escoamento foi conduzida, utilizando decomposição POD para examinar os modos temporais e espaciais. Os resultados demonstraram que a posição da válvula de entrada influencia o escoamento, dividindo-se em dois estados distintos: um para ângulos menores (0º, 15º, 30º e 45º) e outro para maiores (60º e 90º). Esta diferenciação foi validada pelo t-SNE, permitindo a simplificação dos casos em duas situações principais. A análise modal pelo POD para os ângulos de 0º e 60º revelou que, embora as estruturas do escoamento sejam semelhantes durante a sístole para ambos os casos, há variações notáveis na diástole. Com um ângulo de 0º, o jato diastólico se direciona mais ao centro do dispositivo, gerando um vórtice central de recirculação menos intenso e mais estruturas secundárias vorticais. Em contraste, para o ângulo de 60º, o jato é mais concentrado e próximo à parede do dispositivo, resultando em um vórtice central mais intenso e menos estruturas vorticais secundárias. Assim, a posição da válvula de entrada altera significativamente as estruturas de escoamento e a evolução temporal, impactando a degradação do sangue no dispositivo.

Heart disease impacts millions annually, with heart transplants often being the only solution. However, the shortage of donors, especially for pediatric patients, is a constant challenge. Ventricular assist devices have emerged as a temporary solution, prolonging patients' lives until a donor becomes available. However, these devices face problems such as hemolysis and thrombus formation, which are more pronounced in pediatric patients. This study focuses on flow within a pediatric ventricular assist device (PDAV) being developed by the Instituto do Coração (INCOR). The time-resolved particle image velocimetry (TR-PIV) technique was used to analyze the flow in the PDAV in three different planes and at six inlet valve angles (0º to 90º), at an operating frequency of 70 BPM. For each configuration, 4500 velocity fields were collected at a frequency of 3250 Hz. The analysis of this vast data set required the adoption of an innovative methodology, including the RPOD technique for filtering and interpolating data corrupted by noise and spurious vectors due to adverse measurement conditions. A parametric analysis with t-SNE was performed to qualitatively evaluate the effect of changing the valve position. Subsequently, a full modal analysis of the temporal evolution of the flow was conducted, using POD decomposition to examine the temporal and spatial modes. The results demonstrated that the position of the inlet valve influences the flow, dividing it into two distinct states: one for smaller angles (0º, 15º, 30º and 45º) and another for larger ones (60º and 90º). This differentiation was validated by t-SNE, allowing the simplification of cases in two main situations. Modal analysis by POD for angles of 0º and 60º revealed that, although the flow structures are similar during systole for both cases, there are notable variations in diastole. With an angle of 0º, the diastolic jet is directed more towards the center of the device, generating a less intense central recirculation vortex and more secondary vortical structures. In contrast, for the 60º angle, the jet is more concentrated and closer to the device wall, resulting in a more intense central vortex and fewer secondary vortical structures. Thus, the position of the inlet valve significantly alters the flow structures and temporal evolution, impacting the degradation of blood in the device.