Computational fluid dynamics investigation of a centrifugal blood pump

In the development of a ventricular assist device, computational fluid dynamics (CFD) analysis is an efficient tool to obtain the best design before making the final prototype. In this study, different designs of a centrifugal blood pump were developed to investigate flow characteristics and performance. This study assumed the blood flow as being an incompressible homogeneous Newtonian fluid. A constant velocity was applied at the inlet; no slip boundary conditions were applied at device wall; and pressure boundary conditions were applied at the outlet. The CFD code used in this work was based on the finite volume method. In the future, the results of CFD analysis can be compared with flow visualization and hemolysis tests32434234

Cardiovascular simulator improvement : pressure versus volume loop assessment

This article presents improvement on a physical cardiovascular simulator (PCS) system. Intraventricular pressure versus intraventricular volume (PxV) loop was obtained to evaluate performance of a pulsatile chamber mimicking the human left ventricle. PxV loop shows heart contractility and is normally used to evaluate heart performance. In many heart diseases, the stroke volume decreases because of low heart contractility. This pathological situation must be simulated by the PCS in order to evaluate the assistance provided by a ventricular assist device (VAD). The PCS system is automatically controlled by a computer and is an auxiliary tool for VAD control strategies development. This PCS system is according to a Windkessel model where lumped parameters are used for cardiovascular system analysis. Peripheral resistance, arteries compliance, and fluid inertance are simulated. The simulator has an actuator with a roller screw and brushless direct current motor, and the stroke volume is regulated by the actuator displacement. Internal pressure and volume measurements are monitored to obtain the PxV loop. Left chamber internal pressure is directly obtained by pressure transducer; however, internal volume has been obtained indirectly by using a linear variable differential transformer, which senses the diaphragm displacement. Correlations between the internal volume and diaphragm position are made. LabVIEW integrates these signals and shows the pressure versus internal volume loop. The results that have been obtained from the PCS system show PxV loops at different ventricle elastances, making possible the simulation of pathological situations. A preliminary test with a pulsatile VAD attached to PCS system was made355454458FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPNão te

Estudo comparativo das características fluidodinâmicas de próteses valvulares biológicas de pericárdio bovino de perfil alto e baixo Comparative study of fluid dynamic characteristics in high and low biological prosthetic heart valves from bovine pericardium

O comportamento fluidodinâmico e a vida útil média de uma prótese valvular cardíaca são características muito importantes na escolha do modelo de prótese a ser implantada em um determinado paciente. Por esse motivo, foi realizado um estudo comparativo entre as válvulas biológicas de perfil alto e baixo, para se verificarem possíveis alterações na vida média, gradiente de pressão e refluxo, causadas pela diminuição do perfil dessas próteses. Com o auxílio de um duplicador de pulso, foram analisadas cinco próteses de perfil alto e cinco de perfil baixo, todas tamanho 29, fabricadas no Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC). Mantendo-se a freqüência de batimentos em 100 bpm e a diferença de pressão em 1000 mmHg, verificou-se que a vida útil média da válvula de perfil baixo permaneceu equivalente à de perfil alto. Em outro equipamento, denominado simulador cardíaco, as próteses foram submetidas a condições semelhantes às condições fisiológicas de funcionamento para uma freqüência cardíaca de 75 bpm. Os resultados mostraram que o volume de retorno necessário para fechamento (refluxo), nas válvulas de perfil baixo, é menor do que nas de perfil alto. Isso traz um melhor aproveitamento do efeito de bombeamento do coração. As perdas de carga das válvulas foram comparadas através dos gradientes máximos de pressão visibilizados com a sobreposição dos sinais de pressão. Observou-se que as válvulas de perfil baixo oferecem menos resistência ao fluxo; assim, quando são implantadas, possibilitam uma passagem mais livre e desobstruída do sangue.The fluid dynamic performance and lifetime of a prosthetic heart valve are one of the most important characteristics to determine the choice of what prosthesis must be applied to a patient. Because of this, two different biological prosthetic heart valves profiles (one high profile and other low profile) were studied, to verify possible alterations of working life, pressure gradient and reverse flux debt to this profiles difference. With a Pulse Duplication, ten valves sixe 29 were analysed , manufactured by Institute Dante Pazzanese de Cardiologia, being five low profile and five high profile. With a working frequency of 1000 ppm (pulses per minute) and a differential pressure of 1000 mmHg, we verified the same working life in both cases. With a Cardiac Simulator, the prosthesis was submitted to similar physiologic human cardiac conditions, with an equivalent 75 ppm heart pulse. The results show that the reverse flux volume necessary to close the low profile valve is lower than with the high profile valve. The loss head of these valves were compared though the maximum pressure gradient of them. It was noticed that the low profile, biological prosthetic valves are lower flux resistant than the high profile valves, being then more indicated to its implant function

In vitro and in vivo tests with the Auxiliary Total Artificial Heart (ATAH): a new device of a totally implantable and heterotopic artificial heart

A miniaturized artificial heart is being developed in the authors laboratories, the Auxiliary Total Artificial Heart (ATAH). This device is an electromechanically driven ATAH using a brushless direct current (DC) motor fixed in a center aluminum piece. This pusher plate type ATAH is controlled based on Frank-Starling's law. The beating frequency is regulated through the change of the left preload, assisting the natural heart in obtaining adequate blood flow. With the miniaturization of this pump, the average sized patient can have the surgical procedure of implantation in the right thoracic cavity performed without removal of the natural heart. The left and right stroke volumes are 35 ml and 32 ml, respectively. In vitro tests were made and the performance curves demonstrated that the ATAH produces 5L/min of cardiac output at 180 bpm (10 mmHg of left inlet mean pressure and 100 mmHg of left outlet mean pressure). Preliminary acute In vivo tests were performed in two sheeps with 50 ± 5 kg, during 5 hours. The ATAH performance is satisfactory for helping the natural heart to obtain the required blood flow and arterial pressure. With the ATAH and the natural heart working simultaneously the ATAH control system is simpler, also the risks of a fatal misoperation is minor compared to a total artificial heart, for patients that still present some cardiac function.Um novo modelo de coração artificial está sendo desenvolvido e testado em nossos laboratórios, o Coração Artificial Auxiliar (CAA). Este dispositivo foi projetado com dimensões reduzidas para ser implantado em paralelo ao coração natural do paciente, dentro da cavidade torácica direita de forma heterotópica. Foram realizados testes in vitro, em um circuito simulador do sistema circulatório humano, para verificação do desempenho hidrodinâmico do CAA. Os resultados mostraram que o CAA pode fornecer um fluxo de até 5,8 L/min, com uma pré-carga de 20 mmHg e uma pós-carga de 100 mmHg. A freqüência de batimento do CAA e, consequentemente, o débito cardíaco são dependentes da pré-carga do ventrículo esquerdo, funcionamento semelhante ao coração natural (Lei de Frank Starling). Testes in vivo animal estão sendo realizados para avaliar os resultados obtidos com os testes in vitro e para verificar o comportamento do CAA em ambiente e condições fisiológicas difíceis de serem simuladas. Os testes in vivo estão sendo também importantes para o desenvolvimento de técnicas cirúrgicas e treinamento dos cirurgiões cardiovasculares envolvidos no projeto. Até o momento, dois estudos agudos in vivo foram realizados, com o CAA funcionando por 5h, implantado na cavidade torácica direta de carneiros adultos (50 ± 5 kg). Os resultados destes estudos in vivo demonstraram que o funcionamento do CAA é sincronizado ao coração natural, sendo possível estudar o comportamento do CAA quando, gradativamente, o coração natural teve sua contratilidade reduzida até sua parada total.12813

Colhedora de amendoim forrageiro: Desenvolvimento do projeto conceitual.

bitstream/item/207506/1/Boletim-PD-nr-44.pd

Preparado cardiopulmonar Heart and lung experimental preservatnio

Trata-se de um método de preservação do conjunto coraçâo-pulmâo isolado em condições fisiológicas. Após abertura do tórax, é instituída a autoperfusâo ex-corpore que se obtém pela canulação do tronco braquicefálico e veia cava superior, conectando-se a um reservatório situado a 1 metro de altura, de tal maneira que, pela contração ventricular esquerda, o sangue é impulsionado ao reservatório, retorna ao coração direito e segue as vias normais, passando pelos pulmões, onde é oxigenado. A seguir, sem qualquer interrupção dos batimentos e da ventilação, o bloco é retirado do tórax e acondicionado no Recipiente para Conservação e Transporte do Conjunto Cardiopulmonar à temperatura normal. Foram empregados 28 cães, com peso entre 18 e 28 kg, tendo sido feito 8 preservações, para se testar o método, e 10 preservações, para transplante cardiopulmonar em 10 cães receptores. Foram monitorizados, continuamente, eletrocardiograma, pressão intraórtica, pressão ventricular esquerda, DP/DT, índice tempo-tensáo e trabalho cardíaco que mostraram valores estáveis e satisfatórios, tanto na fase de preservação, quanto após o transplante. Os gases sangüíneos guardaram relação com as diferentes misturas administradas à ventilação. A análise microscópica de fragmentos do músculo cardíaco e tecido pulmonar retirado ao final dos procedimentos não revelou alterações significativas decorrentes do método.<br>A simple method is presented which proved to be effective for maintaining the heart and lungs viable and functioning in good hemodynamic and metabolic conditions outside of the body, for a period of up to 7 hours. After this, the heart-lung preparation is transplanted to another animal which maintains good parameters also for 3 hours. The hemodynamic, biochemical and histological features of this preparation are presented. In conclusion, preservation of a heart-lung allograft in a dynamic state provides a means to transport donor organs over long distances, and appears to be suitable to serve as a graft for heart or heart-lung transplantation