Análisis in vitro de la influencia sobre el campo de flujo de dos modelos de válvulas cardiacas mecánicas bivalvas mediante un túnel de viento / Analysis in vitro of the influence of two mechanical bivalve models of heart valves by a wind tunnel model

INTRODUCCIÓN: las prótesis valvulares cardiacas se evalúan mediante diferentes técnicas que involucran ensayos in vitro y métodos computacionales, además de los estudios clínicos convencionales. Los datos funcionales a evaluar reflejan la necesidad de contar con métodos de gran sensibilidad para determinar su operación en condiciones que emulen situaciones hemodinámicas específicas. Con este objetivo se proyectó un método alternativo que ayuda a un mejor entendimiento de la funcionalidad de estos dispositivos, analizando el comportamiento fluidodinámico in vitro de dos modelos de válvulas mecánicas cardiacas mediante un túnel de viento. MÉTODOS: se diseñó y desarrolló un túnel de viento disponiendo condiciones instrumentales que permitieran evaluar las válvulas mecánicas en distintas situaciones fluidodinámicas: túnel subsónico de sección circular (norma ANSI/AMCA_210-99 y ANSI/ASHRAE_51-99). Empleando el método de similitud dinámica se caracterizó la experimentación utilizando valores típicos de caudales y propiedades de la sangre en un adulto sano. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: se evaluaron dos modelos valvulares tipo SJM®, uno de valvas planas y una variante de valvas convexas, con flujos de aire equivalentes a caudales sanguíneos de 1,5, 6,0 y 9,3 L/min. La prótesis de valvas convexas presenta un flujo dividido en tres campos equivalentes, a diferencia de la de valvas planas que tiene un flujo más pequeño en la parte central y dos laterales predominantes. El fenómeno de arrastre producido por las dos corrientes externas con respecto a la central, genera un RNS mayor para la válvula tipo SJM® que para la variante con valvas convexas. El campo de velocidad adyacente al lado convexo, se halla menos afectado por la turbulencia que en el caso de la valva plana; pero al contrario, el campo adyacente al lado cóncavo está más afectado por fenómenos fluidodinámicos locales: cambios de dirección, reducción de área y aumento de velocidad...

INTRODUCTION: prosthetic heart valves are evaluated using different techniques that involve in vitro studies and computational methods in addition to conventional clinical studies. Functional data to evaluate reflect the need for highly sensitive methods to determine its operating conditions that may emulate specific hemodynamic situations. With this objective, we designed an alternative method for better understanding the functionality of these models, analyzing in vitro fluid dynamic behavior of two models of mechanical heart valves using a wind tunnel. METHODS: we designed and developed a wind tunnel providing instrumental conditions that permit the evaluation of mechanical valves in different fluid dynamic conditions: subsonic tunnel of circular section (standard ANSI/AMCA_210-99 and ANSI/ASHRAE_51-99). Using the method of dynamic similarity, the experiment was characterized using typical values of flow rates and blood properties in a healthy adult. RESULTS AND DISCUSSION: we evaluated two SJM® valve models, one with flat leaflet, and a variant of convex valves with air flows equivalent to blood flow rates of 1.5, 6.0 and 9.3 L/min. The convex valve prosthesis has a flow divided in three equivalent fields, in contrast to the flat valves that have a smaller central flow and two predominant laterals. The drag phenomenon produced by the two external currents wit regard to the central generates a higher RNS for the SJM® valve than the generated for the variant of convex valves. The velocity field adjacent to the convex side is less affected by turbulence than in the case of the flat leaflet, but on the contrary, the adjacent field to the concave side is more affected by local fluid dynamic effects: changes in direction, area reduction and increased velocity...

Aplicación del análisis de factor decorrespondencia múltiple en un estudio deválvulas cardíacas en porcinos / Application of Multiple correspondence factor analysis to a heart valve study in pigs

El análisis factorial de correspondencia múltiple es una extensión del análisis de correspondenciasimple al análisis de dos conjunto de características. Permite estudiar las relaciones de interdependenciaentre variables categóricas o cualitativas; es decir, no métricas. Esta técnica va más allá de analizar larelación existente entre las variables, porque permite conocer como esta estructurada esta relación. Esteanálisis ha tenido amplia difusión en diferentes campos de investigación principalmente en cienciashumanas. El objetivo de este trabajo, fue entonces, aplicar esta técnica a una investigación relacionadacon aspectos de la Medicina veterinaria, específicamente, sobre el estudio “Estudio anatomopatológico deválvulas aórticas porcinas a seleccionar para la elaboración de bioprótesis cardiacas”. El trabajo permitióestablecer correlaciones entre los hallazgos de lesiones macroscópicas y microscópicas para los dos gruposde válvulas aórticas estudiados, con lesión y sin lesión valvular. Se destacan las relaciones entre lesionesdegenerativas tipo endocardiosis y alteraciones vasculares como las hemorragias y las congestiones.

The multiple correspondence factorial analyses is an extension of simple correspondence analysisfor two set of characteristics. It permits the study of interdependence relationship between categoricalor qualitative variables, that is, not metric. This model goes beyond the analysis of existing relationshipbetween variables, because it allows knowing how this relationship is structured. This analysis hashad a wide diffusion in different fields of research mainly in life sciences. The aim of this study wasto apply this model to a previously reported study focused on the analysis of pig aortic valves entitled“Estudio anatomopatológico de válvulas aórticas porcinas a seleccionar para la elaboración de bioprótesiscardiacas”. By this model, it was possible to establish interrelationships between findings of macroscopic and microscopic lesions for two groups of aortic valves studied, with or without valve lesions. Of keyrelevance were the relationship found between endocardiosis-like degenerative lesions and vascularalterations like hemorrhage and congestion.

Desarrollo de un prototipo de bomba de flujo pulsátil para caracterizar las condiciones hidrodinámicas en un ambiente de circulación extracorpórea / Desarrollo de un prototipo de bomba de flujo pulsátil para caracterizar las condiciones hidrodinámicas en un ambiente de circulación extracorpórea

Es difícil generar con bombas convencionales las condiciones de flujo del sistema cardiovascular, con las cuales se emulen condiciones hemodinámicas para evaluar diferentes dispositivos interpuestos a la corriente sanguínea. Para resolver este inconveniente, se desarrolló un sistema automatizado de bombeo de flujo pulsátil, conformado por un controlador difuso que captura datos de los instrumentos de monitoreo de variables hidrodinámicas a través de una interfaz de adquisición, y aplica señales de control a una bomba de flujo pulsátil. Este sistema permite hacer pruebas hidromecánicas que brindan elementos para interpretar la influencia de las variables que intervienen en el flujo pulsante y simular condiciones hemodinámicas en un ambiente de circulación extracorpórea. Mediante técnicas de diseño asistido por computador, se construyó una bomba de diafragma accionada neumáticamente. El controlador se desarrolló mediante la técnica de Fuzzi Control (marca registrada), el cual regula el pulso y el flujo de acuerdo con parámetros y datos capturados con...

With conventional pumps, it is difficult to generate the cardiovascular system conditions that may emulate hemodynamic conditions for evaluating different devices interposed to the blood flow. In order to resolve this inconvenient, an automated pulsatile flow system formed by a diffuse controller that captures data from the monitoring instruments of hydrodynamic variables through an acquisition interface and applies control signals to a pulsatile flow pump, was developed. This system allows making hydromechanical tests that give elements for interpreting the influence of the variables that take part in the pulsatile flow and emulate hemodynamic conditions in an extracorporeal setting. Through computed assisted design techniques, a pneumatically operated diaphragmatic pump was constructed. The controller was developed by the Fuzzi Control® technique, which regulates pulse and flow according to the data captured by the acquisition interface. The prototype tests were realized in a fluids laboratory by varying frequency, hydraulic resistance, viscosity and pulse pressure, emulating hemodynamic adult conditions, and using as work fluid an aqueous solution with 5 cPo at 37°C for mimicking blood viscosity at corporal temperature. The reproduction of a pump that serves for analyzing the effect of variables in the pulsatile flow may be used in the study of different intravascular devices and help to refine technical and functional aspects in the preliminary study of extracorporeal circulation machines.