Capitol 5 C2 V3 [305549]

5. [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat] 3. Pornind de la concluziile asociate rezultatelor curgerii prin bypass drept, s-a [anonimizat], cu structură elicoidală.

Utilizarea grefei elicoidale are ca scop îmbunătățirea parametrilor hemodinamici asociați curgerii prin zona de anastomoză. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] 0,4 Pa și 7 Pa, conform literaturii de specialitate. [anonimizat], [anonimizat], restenoză, tromboză, și, implicit, disfuncția grefei și eșecul terapeutic. Se poate presupune că prezența configurației elicoidale induce o [anonimizat], urmărindu-[anonimizat]. Se dorește astfel îmbunătățirea tensiunii de frecare la perete în strânsă corelație cu nealterarea semnificativă a valorii căderii de presiune.

Acest capitol prezintă analiza numerică și experimentală a curgerii prin diferite configurații de bypass elicoidal. Scopul analizelor realizate în prezentul capitol este de a [anonimizat].

În prima parte este prezentată analiza numerică a curgerii printr-o configurație de bypass elicoidal. S-a observat în analiza numerică a bypass-[anonimizat], este cea a bypass-ului drept cu unghi de anastomoză de 600. Pornind de la aceste concluzii, s-a [anonimizat]-[anonimizat] 600. [anonimizat]: [anonimizat].

A doua parte a Capitolului 5 prezintă analiza experimentală a [anonimizat] 450 și 600, respectiv cu 2 și 4 spire. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]: [11][97]

Analiza comparativă a [anonimizat] o substanță de contrast de tip cerneală;

Analiza comparativă a căderii de presiune;

Analiza eficienței curgerii din punct de vedere al capacității de spălare a [anonimizat];

Analiza comparativă a cantității de particule magnetice acumulate în zona de anastomoză.

5.1. Analiza numerică a bypass-ului elicoidal

5.1.1. [anonimizat] s-a utilizat un bypass elicoidal cu următoarele caracteristici geometrice:

secțiune circulară constantă pe întreg domeniul, cu diametrul D=4mm;

lungimea totală a grefei elicoidale L=120mm;

excentricitatea a=0.5D;

număr de spire: 4;

unghi de anastomoză: 60o.

Ipoteze simplificatoare

În construcția geometriei au fost adoptate următoarele ipoteze simplificatoare:

Unghiul de anastomoză reprezintă unghiul pe care vectorul normal al secțiunii de ieșire din elicoidă îl formează cu vectorul director al axei arterei gazdă. Generarea tubului elicoidal a fost realizată cu algoritmul prezentat în Capitolul 4;

Raportul dintre diametrul grefei și diametrul arterei gazdă este de 1:1, reprezentând cazul ideal.

Gradul de stenozare considerat a fost de 100%, asociat ocluziei totale. Figura 5.1 prezintă o vedere generală a geometriei bypass-ului elicoidal.

5.1.2. Condiții la limită

În analiza numerică a curgerii prin bypass-ul elicoidal au fost impuse următoarele condiții la limită:

Intrare: profil de viteză uniform pentru componenta axială, corespunzătoare debitului Q=200 ml/min, asociat numărului Reynolds Re=302,

Ieșire: presiune 0 Pa,

Perete: rigid, nedeformabil.

Fluidul utilizat este considerat omogen, incompresibil, Newtonian, cu următoarele proprietăți:

Densitate: 1050 kg/m3,

Vâscozitate dinamică: 0.00368 Pa.s.

Analiza numerică este realizată în regim staționar, laminar.

Curgerea poate fi descrisă cu ajutorul ecuației Navier-Stokes și cea de continuitate, definite în Capitolul 2.

Analiza câmpului de curgere asociat simulării numerice a fost realizată prin prisma:

Câmpului de viteză din secțiunile transversale din zona de anastomoză și aval de aceasta;

Distribuția helicității în secțiunile transversale de interes;

Tensiunea de frecare la perete;

Căderea de presiune.

5.1.3. Câmpul hemodinamic

Prezența grefei elicoidale determină apariția curgerii secundare pronunțate în zona de anastomoză și în imediata vecinătate a acesteia. Figura 5.2 prezintă distribuția de viteză axială în secțiunile transversale, de interes, din zona de anastomoză și distal de aceasta.

Se observă că în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia, viteza prezintă valori maxime. Se formează două vârtejuri contrarotative, unul dominant și unul secundar, a căror poziționare este strâns legată de forma câmpului hemodinamic asociat secțiunii de ieșire din elicoidă, conform analizei din Capitolul 4. Formarea acestor vârtejuri este dată de forțele centrifuge care acționează asupra fluidul la nivelul zonei elicoidale, și la modificarea de traseu a acestuia, în zona de anastomoză.

Figura 5.3 a) prezintă distribuția câmpului de viteză în secțiunile transversale de interes (S1-S4), definite în Figura 5.2. Curgerea se stabilizează o dată cu depărtarea de joncțiune, în secțiunea de ieșire existând o distribuție uniformă, simetrică a vitezei, și, implicit, existența unui caracter laminar (Figura 5.2 și 5.3 a).

Parametrul hemodinamic semnificativ, care caracterizează curgerea elicoidală este helicitatea, conform literaturii de specialitate, și a definiției prezentate în Capitolul 4. Figura 5.3 b) prezintă distribuția helicității și a vârtejurilor contrarotative în secțiunile transversale S1-S4. Se observă că valoarea maximă a vitezei în secțiunea S1 se asociază cu vârtejul de intensitate mai ridicată, fiind vârtejul secundar. O dată cu depărtarea de zona de anastomoză, acest vârtej este atenuat, cel dominant deplasându-se spre direcția centrală a secțiunii. Prezența zonei cu viteză ridicată a curgerii fluidului în partea inferioară a secțiunii, poate sugera creșterea tensiunii de frecare la perete în această regiune, și implicit, îmbunătățirea curgerii, comparativ cu bypass-ul drept.

Prin analiza distribuției helicității în secțiuni transversale situate distal de anastomoză, se observă reducerea valorii acesteia, uniformizarea, și, implicit, se poate presupune atenuarea vârtejurilor, o dată cu depărtarea de această zonă, conform reprezentării calitate în Figura 5.4. Astfel, curgerea devine stabilă în apropierea secțiunii de ieșire, afirmație susținută și de distribuția de viteze în secțiunile respective (Figura 5.2)

5.1.4. Tensiunea de frecare la perete

Figura 5.5 prezintă, calitativ, distribuția tensiunii de frecare la perete, pe domeniul de curgere asociat arterei gazdă, stenozate, în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia.

Se observă că tensiunea de frecare la perete prezintă valori ridicate în zona de interes, situată la anastomoză și în imediata vecinătate a acesteia. Valorile TFP din această regiune sunt peste pragul de 0,4 Pa, pragul critic de inițiere și dezvoltare a aterosclerozei. La nivelul peretelui inferior, distribuția TFP prezintă valori maxime de 8 Pa. Valoarea maximă globală a TFP este de 18 Pa și apare la nivelul peretelui superior, în zona de sutură, datorată geometriei asemănătoare unei destinderi bruște, favorizând accelerarea fluidului în vecinătatea punctului de sutură, la schimbarea direcției de curgere. Aceeași tendință de accelerare apare și la nivelul peretelui inferior, în vecinătatea zonei unde jetul de fluid întâlnește peretele, și își modifică direcția de curgere. Distribuția asimetrică, neuniformă a TFP este datorată faptului că la ieșirea din grefa elicoidală, câmpul de viteză are o distribuție asimetrică, cu apariția a două vârtejuri, unul dominant și al doilea secundar, generate de configurația geometrică, analizate în cadrul Capitolului 4 Hidrodinamica tuburilor elicoidale. Zona unde apare vârtejul dominant este asociată valorile mai ridicate ale tensiunii de frecare la perete.

Figura 5.6 prezintă comparativ variația tensiunii de frecare la perete de-a lungul liniei L1, pentru bypass drept și elicoidal.

Regiunea cu valori reduse ale TFP, sub pragul de 0,4 Pa asociat pragului critic de ateroscleroză, este redusă considerabil în cazul bypass-ului elicoidal, comparativ cu bypass-ul drept. Valori ridicate ale TFP, peste pragul de 7Pa, apar și în cazul configurației elicoidale, însă extinderea regiunii cu aceste valori este mai redusă față de situația bypass-ului drept. Valorile maxime ale TFP sunt de aproximativ 8 Pa în cazul elicoidal, comparativ cu valori de 11 Pa, în cazul bypass-ului drept.

Prezența și distribuția vârtejurilor contrarotative în zona de anastomoză și distal de aceasta (Figura 5.3) au determinat modificări ale tensiunii de frecare la perete în cazul bypass-ului drept, și îmbunătățirea valorilor acestui parametru prin aducerea lor spre limitele fiziologice.

5.1.5. Presiunea

Evoluția parametrilor câmpului hemodinamic se corelează cu distribuția câmpului de presiune. Figura 5.7 prezintă distribuția de presiune asociată secțiunilor transversale S1 și S2, de interes, din anastomoză și vecinătatea acesteia.

Se observă că, la nivelul superior în secțiunea S1, în imediata vecinătate a suturii grefă-arteră stenozată, presiunea are valori scăzute, datorită accelerării fluidului la trecerea din grefă în arteră. Valorile presiunii cresc în ambele secțiuni, în în regiunea cu vârtejul dominant.

Căderea de presiune asociată curgerii prin bypass-ul elicoidal cu unghi de anastomoză de 600, investigat în acest subcapitol are valoarea de 648 Pa, respectiv 4,86 mmHg. Comparativ cu analiza numerică realizată pentru cea mai nefavorabilă configurație de bypass drept, cu unghi de anastomoză de 600, unde căderea de presiune globală a fost de 340Pa, respectiv 2.5 mmHg, în cazul bypass-ului elicoidal căderea de presiune a crescut cu aproximativ 100%.

Rezultatele comparative de cădere de presiune asociate curgerii prin stenoze severe (grad de severitate 50% în raport cu diametrul, respectiv 75% în raport cu aria), cel mai nefavorabil bypass drept, respectiv bypass-ul elicoidal cu unghi de anastomoză de 600 sunt prezentate în Tabelul 5.1.

Se poate presupune că utilizarea unei grefe elicoidale pentru tratamentul chirurgical al stenozelor severe induce o cădere de presiune mai redusă decât în cazul vaselor stenozate. O limitare a acestei comparații poate fi dată de diferențele lungimilor geometriile amonte de stenoze, respectiv sutură, în toate cazurile fiind însă menținută constantă valoarea lungimii arterei aval de stenoză, respectiv diametrul D=4mm.

5.2. Vizualizarea curgerii prin bypass elicoidal

Plecând de la rezultatele obținute prin analiză numerică, prezentate în Subcapitolul 5.1, a fost realizată analiza experimentală a curgerii prin diferite configurații de bypass elicoidal. Scopul principal al analizei experimentale a fost de a pune în evidență efectele induse de grefa elicoidală, comparativ cu bypass-ul drept, prin vizualizarea curgerii cu ajutorul unei substanțe de contrast de tip cerneală.

S-au parcurs următoarele etape experimentale:

Vizualizarea curgerii în bypass drept, utilizând cerneală;

Vizualizarea curgerii în bypass elicoidal cu 2 spire, utilizând cerneală;

Vizualizarea curgerii în bypass elicoidal cu 4 spire, utilizând cerneală;

Vizualizarea curgerii a fost realizată pentru diferite configurații de bypass, păstrând unghiul de anastomoză constant, de 600. Valoarea acestui unghi a fost ales în baza rezultatelor obținute în analizele prezentate anterior, unghiul de sutură de 600 reprezentând configurația cea mai nefavorabilă din punct de vedere hemodinamic, în cazul bypass-ului drept.

În plus, a fost investigată experimental căderea de presiune pentru configurații de bypass drept și elicoidal cu 2 și 4 spire, utilizând, însă, modele cu unghiuri de sutură de 300, 450 și 600 cu scopul secundar de a pune în evidență influența unghiului de sutură și a numărului de spire asupra parametrului hemodinamic de importanță medicală reprezentat de căderea de presiune.

5.2.1. Descrierea modelelor geometrice

Modelele cu unghi de anastomoză de 600 utilizate în acest studiu au următoarele caracteristici:

Diametrul secțiunii transversale constant, D=8mm;

Modele confecționate din sticlă.

Au fost utilizate modele de bypass drept, elicoidal cu 2 spire, respectiv elicaoidal cu 4 spire, conform Figurii 5.8. Parametrii geometrici asociați modelelor experimentale, conform Figurii 5.9 sunt prezentați în Tabelul 5.2.

Toate variantele au lungimile zonelor de anastomoză (Lh_2), respectiv ale zonelor aval de sutură (Lh_1, Lh_3) egale. Pentru modelul cu 4 spire Lh_4 are o valoare mai redusă. [97]

5.2.2. Condiții experimentale

Analizele experimentale au fost realizate utilizând standul prezentat în Subcapitolul 3.1.2.2.

Experimentele s-au desfășurat respectând următoarele condiții:

Fluidul utilizat este o soluție apoasă de glicerină 60%, cu densitatea de 1050 g/l și vâscozitate de 0,00408 Pa.s;

Curgerea a fost analizată în regim staționar;

Condiții de intrare: valoarea vitezei de v=0,144 m/s, asociată numărului Re=298 (această valoare a vitezei reprezintă valoarea medie a unui ciclu cardiac);

Pentru analiza aspectului curgerii a fost utilizată substanță de contrast de tip cerneală, injectată proximal de grefa bypass-ului, cu viteză constantă;

Curgerea prin secțiunea de test a fost înregistrată video cu ajutorul unei camere de achiziție, prezentată în Capitolul 3.

5.2.3. Vizualizarea curgerii

Pentru a pune în evidență aspectul curgerii s-a injectat proximal de grefa elicoidală, substanță de contrast de tip cerneală. Prin analiza filamentelor de cerneală, se observă formarea unui vârtej, proximal de anastomoză, la nivelul arterei gazdă, conform Figurii 5.10b, având orientarea în sens antiorar. Prezența elicoidei și, implicit dezvoltarea unor forțe centrifuge, favorizează apariția curgerii secundare, cu swirl. Se observă la ieșirea din elicoidă, că, jetul de fluid este ghidat de geometrie, în interiorul unui vârtej elicoidal. Datorită prezenței acestui tip de curgere, în zona de anastomoză au fost reduse zonele de recirculare de la nivelul peretelui superior, existând un aspect uniform al câmpului hidrodinamic distal de sutură.

Pentru a evidenția modificările semnificative pe care configurația elicoidală le aduce, s-a analizat prezența și lungimea zonelor de recirculare, comparativ pentru bypass-ul drept și elicoidal. Figurile 5.10 și 5.11 prezintă aspectul câmpului hidrodinamic asociat curgerii prin bypass elicoidal cu 2 spire, comparativ cu cel drept, cu unghi de 600. Figura 5.12. prezintă aspectul câmpului hidrodinamic asociat curgerii prin bypass elicoidal cu 4 spire, comparativ cu cel drept, cu unghi de 60. Prin vizualizarea filamentelor de cerneală se observă că în cazul bypass-urilor elicoidale au fost reduse și eliminate zonele de recirculare din regiunea de anastomoză. Curgerea este mai omogenă în cazul bypass-urilor elicoidale, favorizând astfel mixingul de particule, cu importanță medicală ridicată. Efectul de omogenizare este mai pronunțat o dată cu creșterea numărului de spire. Astfel, câmpul hidrodinamic are un aspect mai omogen în cazul bypass-ului elicoidal cu 4 spire, în comparație cu cel cu 2 spire.

Se poate presupune că prezența acestor efecte este susținută de rezultatele obținute în cadrul analizelor numerice asociate curgerii prin bypass elicoidal, respectiv tub elicoidal (analiza distribuției helicității în secțiuni transversale din zona de anastomoză și vecinătatea acesteia, prezența curgerilor secundare – vârtejurile contrarotative, unul dominant și al doilea secundar).

5.2.4. Căderea de presiune

În baza observațiile analizelor realizate anterior, se poate presupune că unghiul de anastomoză și numărul de spire, parametrii caracteristici bypass-ului elicoidal, influențează semnificativ căderea de presiune asociată curgerii prin montajul respectiv.

Figura 5.13 prezintă căderea de presiune asociată curgerii prin bypass-uri drepte și elicoidale, cu 2, respectiv 4 spire.

Creșterea numărului de spire și a unghiului de anastomoză determină o creștere a căderii de presiune. Valori maxime ale căderii de presiune sunt asociate curgerii prin bypass cu unghi de anastomoză de 60o și elicoidă cu 4 spire.

5.3. Eficiența bypass-ului elicoidal

Scopul analizei experimentale din cadrul acestui subcapitol a fost de a pune în evidență eficiența bypass-ului elicoidal, comparativ cu bypass-ul drept, din următoarele perspective:

Capacitatea de spălare a zonei de anastomoză și vecinătatea acesteia;

Cantitatea de particule magnetice acumulate în regiunea de sutură, posibil asociate cu fenomenul de complicație postoperatorie de restenoză.

Analiza experimentală a fost realizată utilizând particule feromagnetice, acumulate în câmp magnetic. [11][97]

5.3.1. Condiții experimentale

În cadrul acestui studiu s-au utilizat particule de Fe cu dimensiunea de 10 µm, similare ca dimensiune, cu globulele roșii sangvine. S-a folosit un magnet permanent NdFeB (Figura 5.14a), care are curba de variație a inducției magnetice descrisă în Figura 5.14b. În prezentul studiu, variația inducției câmpului magnetic s-a simulat prin deplasarea acestuia pe verticală, în vecinătatea zonei de anastomoză, cu valori specifice ale inducției cuprinse între 0,03 și 0,2 T.

Acumularea de particule feromagnetice, situate în câmp magnetic, are loc datorită acțiunii următoarelor tipuri de forțe: forțe magnetice date de câmpul magnetic exterior aplicat zonei de anastomoză (Fmag), forțe hidrodinamice (Fdrag), forțe superficiale, forțe gravitaționale și inerțiale. Deoarece forțele superficiale, gravitaționale și inerțiale sunt considerabil mai reduse decât cele magnetice, acestea se consideră neglijabile, ca ipoteză simplificatoare a studiului nostru. [11]

În această ipoteză, forțele care acționează asupra particulelor feromagnetice sunt reprezentate schematic în Figura 5.15.

Forțe hidrodinamice

Forțele hidrodinamice care acționează asupra unei particule feromagnetice apare datorită diferențelor de viteză dintre particulă și fluid.[11]

Ecuațiile care guvernează curgerea fluidului sunt ecuațiile Navier-Stokes asociate curgerii într-un tub circular. Presupunând curgerea laminară a unui fluid, printr-un tub cilindric de secțiunea transversală circulară constantă, viteza de curgere a fluidului este dată de relația:

Unde, vx – componenta x a vitezei;

R – raza tubului circular;

y – distanța de la centrul tubului la particulă.

Relația care descrie legătura dintre forțele vâscoase și inerțiale este dată de parametrul adimensional Reynolds, Re, conform relației:

Unde, – densitatea fluidului;

– vâscozitatea dinamică a fluidului.

În situația curgerii la valori mici ale numărului Re, o particula sferică imersată în fluid respectă legea lui Stokes, conform relației:

Unde, – viteza de curgere a fluidului;

– viteza particulei;

– raza particulei.

Forțe magnetice

Prezența câmpului magnetic determină acțiunea unei forțe magnetice asupra particulelor de Fe introduse în fluid. Forța magnetică (Fm) care acționează asupra unei particule cu moment magnetic m, într-un câmp magnetic cu gradient , poate fi descrisă cu ajutorul ecuației 5.1: [11]

unde,

Acumularea de particule

Figura 5.15 prezintă cazul acumulării de particule, pentru un bypass drept cu unghi de anastomoză de 60o, și distanța dintre magnet și vas de 7 mm. Intensitatea câmpului magnetic a fost de 0.055 T. În Figura 5.15a, cu roșu au fost reprezentate forțele care acționează asupra particulelor feromagnetice. Acumularea de particule se produce atunci când forțele magnetice sunt mai mari decât forțele hidrodinamice. Cu alb au fost reprezentate zonele de influență ale acestor forțe. Se observă că acumularea are loc la nivelul peretelui inferior, în vecinătatea magnetului, sub forma unei geometrii asimetrice. În zona marginală magnetului, unde forțele magnetice au valori mai reduse, particulele se desprind și sunt eliberate în fluidul circulant. [11]

Pereții vasului sunt, prin construcție, rigizi și impermeabili. Este important de menționat că, în realitate, pereții vaselor sunt permeabili, ceea ce permite o acumulare mai facilă a particulelor la nivelul peretelui. În situația pereților impermeabili, unele particule acumulate, se deplasează distal de anastomoză, datorită vitezei axiale care, se poate presupune că are o valoarea mai ridicată față de situația cu pereți permeabili.

5.3.2. Analiza preliminară a capacității de spălare induse de modelul elicoidal

Plecând de la rezultatele preliminare obținute în analiza numerică a curgerii prin bypass elicoidale, prezentate în subcapitolul anterior, s-a urmărit în această etapă, analiza capacității de spălare în zona de anastomoză și aval de aceasta, induse de modelul de bypass elicoidal.

Modelele experimentale utilizate sunt:

Bypass drept cu unghi de anastomoză de 600;

Bypass elicoidal cu 4 spire și unghi de anastomoză de 600.

Experimentul a constat în poziționarea magnetului la o distanță, care, conform curbei de variație a inducției magnetice, să dezvolte o forță magnetică care să permită acumularea particulelor. La debutul experimentului, în zona de anastomoză nu există particule, însă, în timp, acestea se acumulează (Figura 5.16), datorită modului de curgere, a forțelor de atracție magnetic, a prezenței schimbării direcției de curgere, putându-se presupune, corelat cu modificarea valorii tensiunii de frecare la perete.

Se observă că, în cazul bypass-ului elicoidal, datorită efectelor hidrodinamice induse de elicoidă, calitativ, acumularea de particule este mai redusă comparativ cu situația bypass-ului drept. Plecând de la aceste concluzii preliminare, în următoarele subcapitole doresc să analizez, detaliat, eficiența bypass-ului elicoidal, comparativ cu cel drept, din perspectiva acumulării de particule.

5.3.3. Acumularea de particule în bypass drept

Scop

Această analiză experimentală are ca scop studiul influenței unghiului de anastomoză în cazul bypass-ului drept asupra curgerii, prin prisma cantității de particule acumulate în zona de anastomoză și în imediata vecinătate a acesteia.

Metodologie

S-au utilizat configurații de bypass drept cu unghi de anastomoză de 450, respectiv 600.

Axa magnetului este permanent ortogonală pe axa tubului de sticlă. Capacitatea de spălare a zonei de anastomoză a fost studiată prin variația intensității câmpului magnetic, și, implicit, variația forțelor de atracție magnetic. Această variație a fost obținută prin deplasarea pe verticală a magnetului, studiind 3 cazuri:

fără magnet (Figura 5.17 a);

magnetul situat la distanța Md1=10mm față de tub (Figura 5.17 b);

magnetul este situat la distanța Md2=7mm (Figura 5.17 c).

În toate cazurile investigate, cantitatea de particule injectate a fost de 2 g. Particulele au fost injectate amonte de grefa de bypass. Acumularea de particule a fost realizat pentru un interval de timp de 2 minute, în toate cazurile investigate.

Rezultate

Pentru toate variantele investigate, se observă că particulele se acumulează la nivelul peretelui inferior al tubului, sub forma unei “dune” de-a lungul magnetului, sub formă simetrică, cu excepția zonelor marginale, unde, distal de anastomoză, datorită prezenței zonei de recirculare, cantitatea acumulată este mai mare (Figura 5.17). [11]

Tabelul 5.3 prezintă cantitatea de particule acumulate pentru diferite poziții ale magnetului, asociate curgerii prin cele două variante de bypass drept.

Se observă că acumularea de particule crește o dată cu apropierea magnetului de tub, respectiv o dată cu creșterea unghiului de anastomoză. Un câmp magnetic mai intens, produce o creștere a acumulării cu 100% în cazul bypass-ului cu unghi de anastomoză de 600, respectiv cu un procent de 50% în cazul bypass-ului cu unghi de 450.

O dată cu creșterea cantității de particule acumulate, secțiunea longitudinală a tubului, respectiv secțiuniea transversală liberă scade, alterând astfel aspectul curgerii în zona de anastomoză și aval de aceasta. Se observă că o dată cu creșterea intensității câmpului magnetic, respectiv a acumulării de particule în vecinătatea magnetului, vârtejul V1 se reduce, iar vârtejul V2 devine mai extins. Modificarea aspectului curgerii este datorat gradientului mare de viteză în apropiere de magnet, produs de curgerea fluidului și a concentrației mare de particule, iar tensiunea de frecare la perete crește.

S-a observant în cadrul acestei analize că varianta cea mai defavorabilă din punctul de vedere al acumulării de particule este cea a bypass-ului drept cu unghi de anastomoză de 600. Pornind de la această observație, s-a studiat în subcapitolul următor eficiența grefei elicoidale, comparative cu cea dreaptă, utilizând aceeași configurație cu unghi de sutură de 600.

5.3.4. Acumularea de particule în bypass elicoidal

Scop

Scopul acestei analize este de a pune în evidență eficiența bypass-ului elicoidal, comparativ cu cel drept, prin măsurarea cantității de particule feromagnetice acumulate în câmp magnetic.

Metodologie

S-au utilizat modele experimentale cu următoarele caracteristici:

bypass drept cu unghi de anastomoză de 600;

bypass elicoidal cu unghi de anastomoză de 600 și 2 spire.

Protocolul experimental utilizat este cel descries la analiza experimental a acumulării de particule în bypass drept, în cadrul Subcapitolului 5.3.3.

Rezultate

Figura 5.18 prezintă, comparativ, acumularea de particule feromagnetice în cazul bypass-ului elicoidal, respetiv bypass-ul drept.

Se observă că în cazul bypass-ului elicoidal, cantitatea de particule acumulate în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia, este mai redusă decât în cazul bypass-ului drept.

Se observă că în cazul bypass-ului drept, particulele prezintă o acumulare relativ simetrică, în timp ce prezența elicoidei determină o acumulare asimetrică de particule în zona de anastomoză și distal de această. În cazul bypass-ului elicoidal, cantitatea de particule este mai mare în zona distală anastomozei. Acest fapt este datorat prezenței curgerii cu swirl, indusă de tubul elicoidal, conform descrierii de la Capitolul 4. Cantitatea de particule crește, în ambele tipuri de bypass, o dată cu apropierea magnetului de tub. La creșterea distanței dintre magnet și tub, se observă scăderea considerabilă a cantității de particule din zona de anastomoză în cazul bypass-ului elicoidal, comparativ cu cel drept. Se observă că la poziția magnetului P3=15mm față de tub, în bypass elicoidal nu mai există acumulare de particule, în timp ce în cazul bypass-ului drept mai există o mică acumulare, datorată prezenței zonei de recirculare cu vârtejul V2 descris în Figura 5.17a.

Tabelul 5.4 prezintă cantitatea de particule feromagnetice acumulate în cazul bypass-ului drept, comparativ cu cel elicoidal cu 2 spire, pentru configurații cu unghi de anastomoză de 600.

5.4. Concluzii

Analiza numerică și experimentală a fost realizată în regim staționar, utilizând configurații de bypass cu unghi de anastomoză de 600, considerate a fi cea mai nefavorabilă, conform concluziilor din Capitolul 3.

Varianta de unghi de anastomoză de 600 considerată în analiza numerică reprezintă varianta care induce la nivelul peretelui inferior al arterei gazdă valori critice ale tensiunii de frecare la perete. Rezultatele obținute prin analiza numerică a curgerii prin bypass elicoidal cu 4 spire, unghi de anastomoză de 600, arată faptul că noua geometrie îmbunătățește valorile critice ale tensiunii de frecare la perete, în zona de anastomoză și în vecinătatea acesteia. Căderea de presiune indusă de prezența grefei elicoidale este aproximativ de 100% mai mare decât cea indusă de grefa dreaptă, însă, este mai redusă decât cea indusă de stenoza inițială cu grad de severitate de 75% în raport cu aria (50% în raport cu diametrul).

Prin analiza experimentală a curgerii prin bypass-uri drepte și elicoidale, cu ajutorul filamentelor de cerneală am pus în evidență prezența zonelor de recirculare în cazul bypass-urilor drepte, respectiv efectul de omogenizare a curgerii, indus de elicoidă. Acest efect devine mai pronunțat o dată cu creșterea numărului de spire. Prin analiza experimentală a căderii de presiune s-a observat că valoarea acesteia crește o dată cu unghiul de anastomoză, respectiv cu numărul de spire. Modelul experimental cu unghi de anastomoză de 600 și 4 spire induce cea mai mare cădere de presiune.

Cu ajutorul particulelor magnetice s-a pus în evidență capacitatea de spălare a zonei de anastomoză, prin vizualizarea curgerii în zona de interes, respectiv prin măsurarea cantității de particule feromagnetice acumulate în câmp magnetic, pentru diverse valori ale intensității acestuia. Fenomenul de acumulare de particule este mai pronunțat în cazul bypass-ului drept, comparativ cu cel elicoidal. În cazul bypass-urilor drepte, cantitatea de particule crește o dată cu creșterea unghiului de sutură.

Prin poziționarea magnetului la diverse distanțe față de modelul fizic al bypass-ului, s-a variat intensitatea câmpului magnetic, punându-se în evidență eficiența modelului elicoidal, prin vizualizarea capacității de spălare induse de elicoidaă în zona de anastomoză, respectiv acumulării de particule în regiunea de interes.

Rezultatele obținute în urma studiilor experimentale arată faptul că grefele elicoidale sunt mai eficiente decât cele drepte, eliminând zonele de recirculare din regiunea de anastomoză, conducând astfel la reducere fenomenului de inițiere și dezvoltare a hiperplaziei intimale.