Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34149
Type: Dissertação
Title: Estudo comparativo da vazão para novas seções transversais de um cateter duplo lúmen de aspiração de secreções pulmonares
Other Titles: Comparative study of the flow to new cross-sections of a pulmonary lumen double-catheter of pulmonary secretions
Authors: Bruna Luiza Tadeu dos Santos Lima
First Advisor: Estevam Barbosa de Las Casas
metadata.dc.contributor.advisor2: Maria da Glória Rodrigues Machado
First Referee: Marcelo Greco
Second Referee: Marina Spyer Las-casas
Third Referee: Ramon Pereira da Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Simone Nascimento Santos Ribeiro
Abstract: A aspiração endotraqueal é um procedimento para remoção de secreções pulmonares por meio de um cateter submetido a uma pressão negativa por meio de um aspirador. Durante o procedimento podem ocorrer alguns sinais/sintomas, como: hipoxemia, risco de atelectasias, invaginamento de mucosa, redução da capacidade residual funcional (CRF), dentre outras. Diante da possibilidade de complicações, foi desenvolvido um aspirador de secreção pulmonar no Laboratório de Engenharia Biomecânica da Universidade Federal de Minas Gerais, que requer o uso de um novo cateter de aspiração, de dois lumens. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência da aspiração de secreções pulmonares utilizando-se cateteres de duplo lúmen com três diferentes geometrias de seção transversal interna denominadas de: circular, semicircular e curva. O trabalho foi dividido em etapas: 1- projeto inicial para estudo de novas geometrias de seção transversal interna dos cateteres duplo lúmen de aspiração de secreções pulmonares; 2- análise comparativa da vazão dos novos cateteres e do cateter 12 Fr (cateter convencional); 3- elaboração de modelos para análises numéricas da vazão para as novas geometrias propostas no programa ANSYS Fluent; e 4- testes em bancada utilizando o cateter 12 Fr e o cateter duplo lúmen circular proposto para aspirar secreções mimetizadoras de muco à base de polietilenoglicol. Para todas as análises foram utilizadas soluções de polietilenoglicol (fluido viscoelástico) em três diferentes concentrações (semilíquida, intermediária e semissólida) se caracterizando ao muco respiratório. Como resultado foi observado por meio de testes de fluxo que a relação entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação de soluções de muco mimetizado é não linear, demonstrando similaridade ao fluido não-Newtoniano. Pressões de sucção menores que 400 mmHg utilizando cateter 12 Fr em um período de 10 segundos geram remoção moderada de soluções espessas, enquanto pressões abaixo de 350 mmHg, no mesmo intervalo de tempo, não geraram remoção da mesma solução quando se utilizou o cateter duplo lúmen circular com 200 mm de comprimento em testes de bancada. A redução do comprimento do cateter duplo lúmen circular, de 500 para 400 mm, melhorou a efetividade da remoção de secreção (vazão), no entanto a redução da seção transversal do cateter duplo lúmen circular culminou na redução de vazão. O cateter duplo lúmen semicírculo apresentou melhores resultados de vazão nos modelos numéricos, comparado com os cateteres duplo lúmen circular e curvo utilizando-se a solução mais espessa (SSS). Resultados obtidos com as simulações no programa Comsol geraram maior aproximação dos resultados de vazão (velocidade média) em função da pressão quando comparado aos resultados das equações numéricas para soluções mimetizadoras intermediárias utilizando a geometria do cateter 12 Fr com 400 mm de comprimento. Concluímos que não foi possível validar por meio dos testes em bancada (análise experimental), o modelo numérico utilizado em análises numéricas usando o programa ANSYS Fluent para o cateter circular com 200 mm de comprimento, sendo necessários novos modelos, estudos e testes para obter sua validação. Como sugestão de trabalhos futuros, espera-se que possa ser projetado o cateter semicírcular, sendo possível verificar as vazões obtidas em testes de bancada, e para que comparações sobre a vazão possam ser feitas no intuito de projetar um cateter que contenha dois lumens.
Abstract: Endotracheal aspiration is a procedure for removing pulmonary secretions through a catheter under negative pressure through an aspirator. During the procedure, some signs/symptoms may occur, such as hypoxemia, risk of atelectasis, mucosal invagination, reduction of functional residual capacity (CRF), among others. Given the possibility of complications, a pulmonary secretion aspirator was developed at the Biomechanical Engineering Laboratory at the Federal University of Minas Gerais, requiring the development of a new breathing catheter, with two lumens. The objective of this work is to evaluate the efficiency of pulmonary respiration using two types of lumen with three different internal cross-sectional geometries: circular, semicircular and curve. The work was divided into stages: 1 - initial project for the study of new internal cross-sectional geometries of pulmonary secretion breathing catheters; 2- comparative analysis of leakage of new catheters and 12 Fr catheter (conventional catheter); 3- elaboration of models for numerical analysis for new geometries proposed in the ANSYS Fluent program; and 4- bench testing using the 12 Fr catheter and the circular double lumen catheter adopted for polyethylene glycol-based mucus mimicking aspiration sections. Polyethylene glycol solutions (viscoelastic fluid) in three different filters (semi-liquid, intermediate and semi-solid) were used for all analyzes, characterizing the mucosal respirator. As a result it was observed by flow tests that the relationship between shear stress and strain rate of mimicized mucus solutions is nonlinear, demonstrating similarity to non-Newtonian fluids. Suction pressures smaller than 400 mmHg using 12 Fr catheter over 10 seconds generates moderate removal of thick solutions and pressures below 350 mmHg over the same time interval do not generate removal of the same solution when using the circular double lumen catheter200 mm long in bench tests. Reducing the circular double lumen catheter length from 500 to 400 mm improved the effectiveness of secretion (flow) removal, while reducing the cross section of the circular double lumen catheter resulted in reduced flow. The semicircle double lumen catheter showed better flow results in numerical models compared to the circular and curved double lumen catheters using the thicker solution (SSS). Results obtained with the simulations in the Comsol program generated a better approximation of the flow results (mean velocity) as a function of pressure when compared to the numerical equation results for intermediate mimetic solutions using the 400 mm long 12 Fr catheter geometry. We concluded that it was not possible to validate by means of bench tests (experimental analysis), the numerical model used in numerical analysis in ANSYS Fluent for the 200 mm long circular catheter, requiring new models, studies and tests to obtain its validation. As a suggestion for future work, it is suggested that a semicircle catheter is designed, and to verify the flows obtained in bench tests, and that flow comparisons can be made in order to design a catheter with double lumens.
Subject: Engenharia de estruturas
Biomecânica
Cateteres
Fluidos não-newtonianos
Pulmões - Secreções
Sucção
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/34149
Issue Date: 23-Sep-2019
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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