Laser Doppler anemometry measurements of steady flow through two bi-leaflet prosthetic heart valves / Velocimetria laser de escoamento permanente através de duas próteses cardíacas de duplo folheto

ABSTRACT

INTRODUCTION: In vitro hydrodynamic characterization of prosthetic heart valves provides important information regarding their operation, especially if performed by noninvasive techniques of anemometry. Once velocity profiles for each valve are provided, it is possible to compare them in terms of hydrodynamic performance. In this first experimental study using laser doppler anemometry with mechanical valves, the simulations were performed at a steady flow workbench. OBJECTIVE: To compare unidimensional velocity profiles at the central plane of two bi-leaflet aortic prosthesis from St. Jude (AGN 21 - 751 and 21 AJ - 501 models) exposed to a steady flow regime, on four distinct sections, three downstream and one upstream. METHODS: To provide similar conditions for the flow through each prosthesis by a steady flow workbench (water, flow rate of 17L/min.) and, for the same sections and sweeps, to obtain the velocity profiles of each heart valve by unidimensional measurements. RESULTS: It was found that higher velocities correspond to the prosthesis with smaller inner diameter and instabilities of flow are larger as the section of interest is closer to the valve. Regions of recirculation, stagnation of flow, low pressure, and flow peak velocities were also found. CONCLUSIONS: Considering the hydrodynamic aspect and for every section measured, it could be concluded that the prosthesis model AGN 21 - 751 (RegentTM) is superior to the 21 AJ - 501 model (Master Series). Based on the results, future studies can choose to focus on specific regions of the these valves.

RESUMO

INTRODUÇÃO: A caracterização hidrodinâmica in vitro de próteses de válvulas cardíacas fornece informações importantes quanto ao seu funcionamento, sobretudo se realizada por meio de métodos não-invasivos de anemometria. Uma vez obtidos os perfis de velocidade para cada válvula, é possível compará-las quanto ao seu desempenho hidrodinâmico. Neste primeiro estudo experimental de anemometria laser com válvulas mecânicas, as simulações foram realizadas em bancada de testes para escoamento permanente. OBJETIVO: Comparar perfis de velocidade unidimensional no plano central de duas próteses aórticas de duplo folheto St. Jude (modelos AGN 21 - 751 e 21 AJ - 501) submetidas a um regime de fluxo permanente, para quatro seções distintas, três à jusante e uma à montante. MÉTODOS: Proporcionar condições de similaridade para o escoamento através de cada prótese, por meio de bancada hidrodinâmica para escoamento permanente (água, à vazão de 17 L/min.) e, por meio de anemometria laser unidimensional, obter os perfis de velocidades para as mesmas seções e varreduras. RESULTADOS: Verificou-se que as maiores velocidades correspondem à prótese de diâmetro interno menor e que as instabilidades do fluxo são maiores à medida que a seção de interesse encontra-se mais próxima da válvula. Também foram verificadas as regiões de recirculação, de estagnação do fluxo e de baixa pressão, além dos picos de velocidade para o escoamento em questão. CONCLUSÕES: Sob o aspecto hidrodinâmico e para todas as seções de interesse, foi possível concluir a preferência da válvula de modelo AGN 21 - 751 (RegentTM) sobre a 21 AJ - 501 (Master Series). Os resultados obtidos permitiram escolher, para os próximos trabalhos, um foco de estudo mais específico para regiões concretas dessas próteses.