Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AJEQKY
Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo analítico e experimental do fenômeno de flutter em válvulas cardíacas prostéticas biológicas
Authors: Artur Henrique de Freitas Avelar
First Advisor: Rudolf Huebner
First Co-advisor: Marcos Pinotti Barbosa
Abstract: As válvulas cardíacas regulam o fluxo sanguíneo no coração mantendo a circulação em um único sentido. Quando estas válvulas apresentam alguma disfunção, podem ocorrer graves problemas cardíacos, sendo estes responsáveis por 30% das cirurgias cardíacas em adultos e 80% das cirurgias cardíacas em crianças no Brasil. Por não existir um substituto ideal para as válvulas, há uma constante busca por aprimoramento de próteses desde que passaram a ser utilizadas na década de 50. As válvulas de tecido biológico têm a desvantagem de sofrer com problemas de calcificação e falhas estruturais, com vida útil de cerca de 10 a 15 anos. Um fenômeno que pode ocorrer é uma oscilação dos folhetos, conhecido como flutter, que está associado a implicações como hemólise, calcificação e fadiga. Embora seja importante e influencie na vida útil de biopróteses, há poucos trabalhos na literatura que estudam de forma metódica as causas e consequências do flutter e como reduzir ou evitar seus danos. Devido à importância deste problema para a indústria e para a saúde de milhões de pacientes que são submetidos ao procedimento de troca de válvulas, decidiu-se aproveitar esta oportunidade para contribuir com um estudo original que colabore para a elucidação dos fenômenos envolvidos no flutter e propor possíveis soluções. Uma teoria analítica foi proposta para prever o início das oscilações e analisar a sensibilidade das variáveis quanto ao seu papel no flutter. Conjuntamente, ensaios em uma bancada experimental foram feitos com o objetivo de quantificar as frequências e amplitudes das vibrações e fazer uma análise adimensional que pode ser utilizada para compreender o comportamento de válvulas prostéticas em sua velocidade crítica de início das oscilações. A quantificação do fenômeno encontrou frequências em um amplo intervalo de valores, variando de 20 a 430 Hz e as amplitudes variaram de 0,1 a 2,5 mm. O estudo analítico foi capaz de demonstrar como as dimensões de diâmetro interno e espessura possuem significativa importância na velocidade crítica de flutter, além de demonstrar a possibilidade de combinar parâmetros para otimizar a resistência de válvulas ao início das oscilações. Além disso, estudo analítico e experimental concordam que a válvula de pericárdio bovino é menos suscetível ao flutter, possuindo desempenho superior à válvula porcina. Em conclusão, o trabalho fez um estudo aprofundado do fenômeno de flutter em válvulas cardíacas prostéticas biológicas e fez importantes contribuições para o objetivo maior de se criar uma válvula artificial ideal.
Abstract: Cardiac valves regulate blood flow in the heart by maintaining the circulation in a single direction. When these valves have a disability, it can lead to serious heart problems; being responsible for 30% of cardiac surgery in adults and 80% of cardiac surgery in children in Brazil. As there isn't an ideal substitute for valves, there is a constant search for improvement of these prostheses since they began to be employed in the 50s. Biological tissue valves have the disadvantage of suffering from calcification and structural failure problems, with a service life of about 10 to 15 years. One phenomenon that may occur is an oscillation of the leaflets, known as flutter, which is associated with implications such as hemolysis, calcification, and fatigue. Although it is important and influences the life of bioprostheses, there are few studies in the literature that study methodically the causes and consequences of flutter and how to reduce or avoid its damage. Due to the importance of this problem for the industry and for the health of millions of patients who undergo the procedure of exchange of valves, it was decided to take this opportunity to contribute with an original study that collaborate to elucidate the phenomena involved in flutter and propose possible solutions. An analytical theory was proposed to predict the onset of oscillations and analyze the sensitivity of the variables as to their role in flutter. In conjunction, tests were performed in an experimental bench in order to quantify the frequencies and amplitudes of vibrations and make a dimensionless analysis that can be used to understand the behavior of prosthetic valve in its critical speed of onset of oscillations. The quantification of the phenomenon found frequencies over a wide interval of values ranging from 20 to 430 Hz and amplitudes varied from 0.1 to 2.5 mm. The analytical study was able to demonstrate how the dimensions of internal diameter and thickness have significant importance in the critical velocity of flutter, besides demonstrating the possibility of combining parameters to optimize the resistance of valves to the beginning of the oscillations. In addition, analytical and experimental study agree that the bovine pericardium valve is less susceptible to flutter, having superior performance to the porcine valve. In conclusion, the work made a thorough study of flutter phenomenon in biological prosthetic heart valves and made important contributions to the ultimate goal of creating an ideal artificial valve.
Subject: Bioengenharia
Válvulas cardíacas artificiais
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AJEQKY
Issue Date: 16-Dec-2016
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
tese_146___artur_avelar.pdf3.02 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.