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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2005.tde-11112013-131938
Document
Author
Full name
Eduardo Ferrara
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2005
Supervisor
Committee
Muramatsu, Mikiya (President)
Leirner, Adolfo Alberto
Pereira, Marcos Tadeu
Pontuschka, Walter Maigon
Wetter, Niklaus Ursus
Title in Portuguese
Velocimetria de imagens de partículas aplicada ao estudo de um ventrículo artificial pediátrico
Keywords in Portuguese
Bioengenharia
Dispositivo de assistência circulatória
Óptica
Abstract in Portuguese
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.
Title in English
Particle image velocimetry applied to the study of a pediatric artificial ventricle.
Keywords in English
Bioengineering
Circulatory assist device
Optics
Abstract in English
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RE47302Ferrara.pdf (49.91 Mbytes)
Publishing Date
2014-02-18
 
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