Modelización, diseño y construcción de un prototipo de prótesis de Válvula Cardíaca

Abstract

En este trabajo se propone un diseño de una prótesis trivalva mediante modelización por computadora, realimentado por los resultados obtenidos de diseños previos. Se buscan las cualidades de durabilidad de las prótesis mecánicas, la performance hemodinámica de las bioprótesis. El diseño presentado involucra mejoras frente a modelos anteriores desarrollados y publicados por nuestro grupo. Los cambios más importantes involucran el diseño de las valvas cilíndricas y la ubicación de sus ejes de rotación. Se emplea el análisis por elementos finitos para realizar la simulación, la cual fue desarrollada y validada con un modelo bivalva estándar en trabajos anteriores. Un modelo tridimensional de la válvula se colocó en el centro de un tubo cilíndrico y recto. El fluido se asumió incompresible, newtoniano en flujo estacionario e isotérmico. Los resultados indican que el flujo de área central de la válvula encauza el 98% del flujo total, muy superior al 86% del diseño trivalva anterior, y más acorde al obtenido en una válvula nativa. El área de flujo efectiva es el 83,6% de la conducción, el 2,6% es la obstaculización creada por el asiento del eje y topes y el 13,8% restante se debe al área ocupada por las valvas. Resultando en un aumento frente al 67,4% de área efectiva frente al diseño trivalva anterior. La caída de presión por la válvula fue de 0,052 mmHg, menor que en el diseño bivalva. También se redujeron las áreas sensibles a altos esfuerzos de corte obtenidos en los diseños de comparación. Se concluye que los modificaciones en el diseño del nuevo modelo trivalva fueron beneficiosas, ya que muestra un mayor porcentaje de flujo central respecto a otras prótesis mecánicas, menor caída de presión y menores esfuerzos de corte. Se presentan además, los detalles constructivos de un prototipo en cuanto a técnicas y materiales a usar.

This work is about the design of a prosthetic heart valve by computer modeling using results of previous designs. The durability of the mechanical prosthesis and the haemodinamical performance of the bioprosthesis are searching. The new design presents improvements with respect to previous designs made by the present authors. The changes which are presented involve the new design of the leaflets which are now of cylindrical shape and the pivots. For the simulation the Finite Elements Methods was employed with tridimentional calculations of the fluid flow of through the valve located in the center of a cylinder. The fluid was assumed Newtonian and incompressible and the flow was in steady state. The results indicate that 98% of the flow is central, improving previous results of 86%, and closer to the flow in native valves. In the present design the effective surface area of the artery free for flow is of 83.6% which is also better than the 67.4% of the previous design. The pressure drop across the valve is 0.052 mmHg, which is a lower pressure than that given for the standard bi-leaflet valves. Moreover, the present design supports lower shear stress than previous designs. In addition, the process of selecting of materials and process for constructing the prototypes which include different aspects such as mechanical properties, fabrication processes and haemocompatibility resulted in the best possible option in Argentine of a body made of a titanium alloy covered with a film of titanium oxide deposited by a sol-gel technique.