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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Gustavo Caravita de Andrade
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Horikawa, Oswaldo (President)
Bock, Eduardo Guy Perpétuo
Cardoso, Jose Roberto
Title in English
Rotor for a transventricular blood pump.
Keywords in English
Axial flow pump
Computational fluid dynamics
Impeller
Transventricular
Ventricular assist device
Abstract in English
According to the World Health Organization, cardiovascular diseases (CVDs) are the number one cause of death worldwide, except in Africa, where Acquired Immunodeficiency Syndrome is the leading cause of death. In this context, the continued development of new devices to assist blood pumping until the transplant, has great value. The Dante Pazzanese Institute of Cardiology (IDPC, São Paulo, Brazil) has recently started a research and development project aiming an axial flow blood pump to be fully implanted within the heart. This pump, called Transventricular Assist Device (TVAD), can be implanted surgically through a small left intercostal incision in a minimally invasive manner. The objective of this research is to develop and analyze the rotor of the TVAD, aiming at the best conditions to support the circulatory system and to achieve: minimum areas of recirculating/stagnating flow and minimum shear stresses. The study is conducted through Computational Fluid Dynamics (CFD) and In Vitro tests. Based on literature, a sort of rotors featuring different geometries and number of blades are defined and tested. The hydrodynamic characteristics of the rotors are compared each other so as to determine the best one. Besides, studies are performed to determine the importance of volute vanes in the TVAD pumping characteristics. Finally, studies are carried out to verify the influence of the gap reduction between the periphery of the blade and the volute on the pumping characteristics as well on the hemolysis. The study showed that the rotor that presented the best performance were the rotor with two blades of constant pitch arranged each other at 180º. Suggesting that, for this device: (I) the higher the blade pitch, the higher the pressure load, the lower flow rate, and increases shear stress; (II) a variable pitch decrease the pump efficiency and (III) a non-continuous blade decreases significantly the pump's hydrodynamic performance and decreases the shear stress. At this speed, the maximum manometric head was of 126 mmHg and a maximum flow rate of 4.5 L/min. It is expected to have a low normalized index of hemolysis (NIH).
Title in Portuguese
Rotor de uma bomba de sangue transventricular.
Keywords in Portuguese
Bomba de fluxo axial
Dinâmica dos fluidos
Dispositivo de assistência ventricular
Estudo fluidodinâmico
Método dos elementos finitos
Simulação computacional
Ventrículo cardíaco
Abstract in Portuguese
Segundo a Organização Mundial de Saúde, as doenças cardiovasculares(DCVs) são a causa número um de mortes em todo o mundo, exceto na África, onde a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida é a principal causa de morte. Nesse cenário, o dispositivo de assistência ventricular (DAV) permanece como a única alternativa para prolongar a vida do paciente até o transplante cardíaco. No Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC), iniciou-se uma pesquisa e desenvolvimento de um DAV de Fluxo axial para ser totalmente implantável dentro do coração. Esta bomba, denominada Dispositivo de Assistência Transventricular (DATV), poderá ser implantada cirurgicamente através de uma pequena incisão intercostal esquerda de maneira minimamente invasiva. O objetivo desta pesquisa é desenvolver e analisar o fuso do DATV visando as melhores condições para auxiliar o funcionamento do sistema circulatório e evitar ao máximo as áreas de Fluxo recirculante, estagnação de Fluxo e elevadas tensões de cisalhamento no fluido por meio de técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) e testes In Vitro. São comparados rotores com diferentes tipos de aletas, eles se diferenciam pela curvatura e quantidade das aletas, baseando-se na literatura. São realizados estudos para determinar a importância de aletas na carcaça do DATV, concluindo que a carcaça com aletas é melhor, proporcionando Pressão e Fluxo maiores em menores rotações. São também realizados estudos sobre a influência da redução do gap entre o topo da aleta e a carcaça, esta redução aumentou a Pressão manométrica, porém houve um aumento significativo na tensão de cisalhamento. Os estudos mostram que o rotor com o melhor desempenho foi o rotor com 2 aletas dispostas a 180º, contínuo (apenas uma coluna de aletas) e com o passo da aleta sendo constante, o rotor 1Rev. Isto sugere que, para este dispositivo: (I) quanto maior o passo da pá, maior a carga de pressão, menor a vazão e aumenta a tensão de cisalhamento; (II) um passo variável diminui a eficiência da bomba e (III) uma lâmina não contínua diminui significativamente o desempenho hidrodinâmico da bomba e diminui a tensão de cisalhamento. Este rotor permitiu ainda atingir, a 12.500 rpm, uma altura manométrica máxima de 126 mmHg e uma vazão máxima de 4,5 L/min. Espera-se um baixo índice normalizado de hemólise (INH).
 
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Publishing Date
2019-10-21
 
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