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Título: Desenvolvimento de um fantoma ventricular esquerdo para simulação cardíaca de baixo custo
Título(s) alternativo(s): Development of a low cost left ventricular phantom for cardiac simulation
Autor(es): Vialle, Rodrigo Assuncao
Orientador(es): Setti, Joao Antonio Palma
Palavras-chave: Coração - Doenças - Pacientes
Válvula mitral
Válvula aórtica
Estenose da válvula aórtica
Processamento de imagens
Métodos de Simulação
Coração - Ventrículos
Sistema cardiovascular
Heart - Diseases - Patients
Mitral valve
Aortic valve
Aortic valve stenosis
Image processing
Simulation methods
Heart Ventricles
Cardiovascular system
Data do documento: 5-Ago-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: VIALLE, Rodrigo Assuncao. Desenvolvimento de um fantoma ventricular esquerdo para simulação cardíaca de baixo custo. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Doenças cardiovasculares estão entre as principais causas de morte do mundo de acordo com a maioria das organizações de saúde, com a estenose aórtica estando entre uma das causas mais recorrentes.Nesses casos, um procedimento cirúrgico para transplante valvular é necessário. Válvulas biológicas de pericárdio bovino ou porcino são amplamente utilizadas. Antes de estarem aptas para implante, elas passam por diversos testes em um ambiente desimulação cardíaca, que reproduzem parâmetros como fluxo e pressão, com objetivode assegurar a qualidade do material. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um fantoma cardíaco que seja capaz de reproduzir os movimentos de sístole e diástole do ventrículo esquerdo do coração humano, utilizando de técnicas de segmentação a partir de imagens tomográficas, estruturadopor meio do processo de manufatura aditiva e prototipagem com látex, e controlado por meio de um microcontrolador. Uma revisão bibliométrica foi realizada, com objetivo de identificar as técnicas mais utilizadas. O fantoma foi inserido em um ambiente de simulação cardíaca, também projetado e desenvolvido na qual teve seuacionamento por sistemas pneumáticos mecânicos, que simularam as fibras musculares ventricular. Sensores de fluxo e pressão foram instalados na saída da válvula aórtica e os resultados experimentais foram comparados com uma simulação previamente realizada por meio do efeito Windkessel em seus três modelos. O estudo realizado conseguiu reproduzir os movimentos biomecânicos nos sentidos radial, longitudinal e lateral, além das variáveis fisiológicas presentes no ciclo cardíaco. Maiores refinamentos são necessários, porém a técnica deste trabalho apresenta potencial para ser utilizado em ambientes de simulação cardíaca humana com baixo custo.
Abstract: Cardiovascular diseases are among the leading causes of death worldwide accord to by most healthcare organizations, with aortic stenosis being among one of the most recurrent causes. For this cases a surgical procedure for valve transplantation is necessary. Biological valves from bovine or porcine pericardium are widely used. Before being ready for implantation, they undergo several tests in a cardiac simulation environment, which reproduce parameters such as flow and pressure, to ensure the quality of the material.In this context, the objective of this work is to develop a cardiac phantom that can reproduce the systole and diastole movements of the left ventricle of the human heart, using segmentation techniques from computerized tomography exam, structuredthrough the additive manufacturing process and latex prototyping, and controlled through a microcontroller. A bibliometric review was carried out to identify the most used techniques. The phantom was inserted in a simulation environment, also designed and developed, in which it was activated by mechanical pneumatic systems,which simulated the ventricular muscle fibers. Flow and pressure sensors wereinstalled at the aortic valve outlet and the experimental results were compared with a simulation performed using the Windkessel effect in its three models. The study carried out managed to reproduce the biomechanical movements in the radial, longitudinal and lateral directions, in addition to the physiological variables present in the cardiac cycle. Further refinements are prepared, but the technique of this work has the potential to be used in human simulation environments at a low cost.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26171
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