Análise do escoamento pulsátil em fístula arteriovenosa com variação do ângulo de anastomose in vitro e in silico

Arteriovenous Fistula (AVF) is a direct connection between an arterial and a venous vessel used as a vascular access (AV) for patients undergoing Hemodialysis (HD). The preparation of AVF causes non-physiological conditions of blood flow, inducing disturbances in the flow such as recirculation zo...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Santos, Willyam Brito de Almeida
Outros Autores: Costa, Thercio Henrique de Carvalho
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Fístula arteriovenosa
Tensão de cisalhamento
Ângulo de anastomose
Pressão
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32369
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Santos, Willyam Brito de Almeida
Análise do escoamento pulsátil em fístula arteriovenosa com variação do ângulo de anastomose in vitro e in silico
description Arteriovenous Fistula (AVF) is a direct connection between an arterial and a venous vessel used as a vascular access (AV) for patients undergoing Hemodialysis (HD). The preparation of AVF causes non-physiological conditions of blood flow, inducing disturbances in the flow such as recirculation zones, stagnation points, high and low shear stress levels. These disorders are associated with the development of pathologies that promote stenosis in the vessel, which can compromise blood flow or even the loss of AVF. In order to analyze these disturbances with the variation of the Anastomosis Angle (AA), an experimental bench was built to provide pulsatile flow in AVF models. Pressure sensors MPU5050DP, digital flow sensors Type Turbine, diaphragm pump S-60-12 and microprocessors Arduino UNO, Arduino Nano and ESP32 were used. FAV were modeled with AA of 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 °, 105 °, 120 °, 135 ° and 150 °. Piezometric Lines (LP) were drawn to indicate the energy dissipated in the anastomosis. Using the Fused Deposition Modeling (FDM) technique, in vitro FAV models were manufactured by 3D printing. Using block technique, in silico FAV models were discretized into structured meshes. The pressure profile obtained on the bench proved to be equivalent to the blood pressure pulse. No structural collapse and leakage of AVF in vitro was observed for pressures between 0 to 45 kPa (337.53 mmHg). In in vitro AVF experiments, the pressure differential decreased with increasing AA, varying from 12.0 kPa to 3.1 kPa. The piezometric line indicates that the anastomosis is responsible for most of the dissipated energy. Simulations in FAV in silico result in a velocity field with a stagnation point in the external vein wall for FAV with AA of 30 °. Separation point and recirculation zone in the internal vein wall for FAV with AA of 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 ° and 105 °, these disturbances are not observed in FAV with AA of 120 °, 135 ° and 150 °. All AA have regions with high and low levels of wall shear stress ( ). Regions with above 40 Pa are present at the anastomotic junction and at the beginning of the venous segment. Shear stress below 0.4 Pa is present on the internal wall of the vein and on the opposite side the anastomotic junction in the artery. It is concluded that the FAV with AA of 120 ° and 135 ° provided lower values in the pressure differential, lower values of energy dissipated in the anastomosis and smaller variations between the pressure load and the piezometric line. FAVs with AA of 120 ° and 135 ° have smaller areas with high and smaller areas with low . In this context, the AAs of 120 °, 135 ° and 150 ° appear to be the most favorable for the construction of the Arteriovenous Fistula.
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The preparation of AVF causes non-physiological conditions of blood flow, inducing disturbances in the flow such as recirculation zones, stagnation points, high and low shear stress levels. These disorders are associated with the development of pathologies that promote stenosis in the vessel, which can compromise blood flow or even the loss of AVF. In order to analyze these disturbances with the variation of the Anastomosis Angle (AA), an experimental bench was built to provide pulsatile flow in AVF models. Pressure sensors MPU5050DP, digital flow sensors Type Turbine, diaphragm pump S-60-12 and microprocessors Arduino UNO, Arduino Nano and ESP32 were used. FAV were modeled with AA of 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 °, 105 °, 120 °, 135 ° and 150 °. Piezometric Lines (LP) were drawn to indicate the energy dissipated in the anastomosis. Using the Fused Deposition Modeling (FDM) technique, in vitro FAV models were manufactured by 3D printing. Using block technique, in silico FAV models were discretized into structured meshes. The pressure profile obtained on the bench proved to be equivalent to the blood pressure pulse. No structural collapse and leakage of AVF in vitro was observed for pressures between 0 to 45 kPa (337.53 mmHg). In in vitro AVF experiments, the pressure differential decreased with increasing AA, varying from 12.0 kPa to 3.1 kPa. The piezometric line indicates that the anastomosis is responsible for most of the dissipated energy. Simulations in FAV in silico result in a velocity field with a stagnation point in the external vein wall for FAV with AA of 30 °. Separation point and recirculation zone in the internal vein wall for FAV with AA of 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 ° and 105 °, these disturbances are not observed in FAV with AA of 120 °, 135 ° and 150 °. All AA have regions with high and low levels of wall shear stress ( ). Regions with above 40 Pa are present at the anastomotic junction and at the beginning of the venous segment. Shear stress below 0.4 Pa is present on the internal wall of the vein and on the opposite side the anastomotic junction in the artery. It is concluded that the FAV with AA of 120 ° and 135 ° provided lower values in the pressure differential, lower values of energy dissipated in the anastomosis and smaller variations between the pressure load and the piezometric line. FAVs with AA of 120 ° and 135 ° have smaller areas with high and smaller areas with low . In this context, the AAs of 120 °, 135 ° and 150 ° appear to be the most favorable for the construction of the Arteriovenous Fistula. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A Fístula Arteriovenosa (FAV) é uma ligação direta entre um vaso arterial e um venoso utilizado como acesso vascular (AV) para pacientes em tratamento de Hemodiálise (HD). A confecção da FAV causa condições não fisiológicas do escoamento sanguíneo, induzindo perturbações no fluxo como zonas de recirculações, pontos de estagnação, níveis de tensão cisalhamento altos e baixos. Essas perturbações estão associadas ao desenvolvimento de patologias que promovem estenoses no vaso, podendo comprometer o fluxo sanguíneo ou até a perda da FAV. Com o intuito de analisar essas perturbações com a variação do Ângulo de Anastomose (AA), construiu-se uma bancada experimental para provimento de fluxo pulsátil em modelos de FAV. Foram utilizados sensores de Pressão MPU5050DP, sensores de vazão digital Tipo Turbina, bomba diafragma S-60-12 e microprocessadores Arduino UNO, Arduino Nano e ESP32. Foram modeladas FAV com AA de 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 °, 105 °, 120 °, 135 ° e 150 °. Linhas piezométricas (LP) foram delineadas para indicar a energia dissipada na anastomose. Utilizando técnica Fused Deposition Modeling (FDM), modelos in vitro da FAV foram fabricados por impressão 3D. Utilizando técnica de blocos, modelos in silico da FAV foram discretizados em malhas estruturadas. O perfil de pressão obtido na bancada mostrou-se equivalente ao pulso de pressão arterial. Não foram observados colapso estrutural e vazamento na FAV in vitro para pressões entre 0 a 45 kPa (337,53 mmHg). Nos experimentos em FAV in vitro, o diferencial de pressão diminuiu com o aumento do AA, variando de 12,0 kPa para 3,1 kPa. A linha piezométrica indica que a anastomose é responsável pela maior parte da energia dissipada. As simulações em FAV in silico resultam em campo de velocidade com ponto de estagnação na parede externa da veia para FAV com AA de 30°. Ponto de separação e zona de recirculação na parede interna da veia para FAV com AA de 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 90 ° e 105 °, essas perturbações não são observadas em FAV com AA de 120 °, 135 ° e 150 °. Todos os AA apresentam regiões com níveis elevados e baixos da tensão de cisalhamento na parede ( ). As regiões com acima de 40 Pa apresentam-se na junção anastomótica e no início do segmento venoso. Tensão de cisalhamento abaixo de 0,4 Pa apresentam-se na parede interna da veia e na porção oposta a junção anastomótica na artéria. Conclui-se que as FAV com AA de 120 ° e 135 ° proporcionaram menores valores no diferencial de pressão, menores valores de energia dissipada na anastomose e menores variações entre a carga de pressão e a linha piezométrica. As FAV com AA de 120 ° e 135 ° apresentam menores áreas com elevadas e menores áreas com baixas. Nesse contexto os AA de 120 °, 135 ° e 150 ° aparentam ser as mais favoráveis para construção da Fístula Arteriovenosa. 2021-05-04T19:08:10Z 2021-05-04T19:08:10Z 2021-01-26 masterThesis SANTOS, Willyam Brito de Almeida. Análise do escoamento pulsátil em fístula arteriovenosa com variação do ângulo de anastomose in vitro e in silico. 2021. 122f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32369 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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