Modelagem computacional de uma bioprótese de válvula cardíaca: análise dinâmica e fenômeno de flutter

• Autor(a) principal: Gabriel Fontes Iásbeck
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/30068
• topic: Bioprótese de válvula cardíaca; Flutter; Estenose; Elementos finitos; Bioengenharia; Engenharia mecânica; Bioengenharia; Método dos elementos finitos; Prótese; Estenose da válvula aórtica

Doenças cardiovasculares são as principais causas de morte, sendo responsáveis por mais de 17,6 milhões de casos no mundo. Dentre as principais doenças, destacam-se os problemas relacionados ao mal funcionamento de válvulas cardíacas como a estenose, onde ocorre uma redução da área de abertura da válvula em decorrência do enrijecimento do tecido. Uma solução eficaz para esta doença é a substituição de válvulas defeituosas por próteses de válvulas cardíacas. Os dois tipos de próteses mais utilizados são as próteses mecânicas e biológicas. As válvulas mecânicas oferecem boa durabilidade, entre 20-30 anos, mas são formadoras de trombo forçando o paciente a administrar ante coagulantes ao longo de toda sua vida. As válvulas biológicas possuem excelente aceitação pelo corpo, porém, tem sua durabilidade reduzida por efeitos como calcificação do tecido e fadiga operando entre 10-15 anos. Um fenômeno que ocorre em próteses biológicas e que é considerado mais destrutivo que qualquer outro mecanismo é o flutter. Embora conhecido e muito mencionado em trabalhos científicos, poucos foram os que se preocuparam em quantificar e avaliar a influência de variáveis neste fenômeno, e, dentre os que se aprofundaram, nenhum utilizou de modelagem computacional. O objetivo deste trabalho é modelar computacionalmente uma bioprótese de válvula cardíaca, com foco no cálculo da área máxima de abertura e no fenômeno de flutter. Foi realizado inicialmente uma análise transiente de um ciclo cardíaco com condições de contorno fisiológicas e o resultado validado qualitativamente com experimentos da literatura. Depois, foi testada a eficácia de análises quase estáticas com diferentes tipos de elementos no cálculo da área máxima de abertura. Por fim, foi testado a influência do enrijecimento do tecido da válvula cardíaca na dinâmica e no fenômeno de flutter. Os resultados mostraram que a análise transiente foi capaz de representar o problema físico através da validação qualitativa experimental. Quanto as análises quase estáticas, as que utilizaram elementos triangulares de 1ª e 2ª ordem, quadrilaterais de 1ª ordem e tetraédricos de 2ª ordem foram eficazes no cálculo da área máxima de abertura tendo tido uma variação máxima de 8,2%, entretanto, a modelagem que utilizou de elementos tetraédricos de 1ª ordem obteve resultados completamente não físicos, sendo seu uso extremamente desaconselhável em problemas desta natureza. Quanto a análise do enrijecimento do tecido verificou-se que o aumento do módulo de elasticidade reduziu os deslocamentos e a área máxima de abertura da válvula tendo a maior variação alcançado 6,3%. Não houve alteração no tempo de abertura da válvula. No estudo do fenômeno de flutter, três faixas de frequências estiveram presentes em todos os casos. O módulo de elasticidade influenciou em quais destas faixas predominaram a resposta e suas respectivas amplitudes. A metodologia desenvolvida neste trabalho fornece ferramentas para uma análise rápida e eficaz do fenômeno de flutter e da dinâmica de válvulas cardíacas.