Influence of the tilt angle of Percutaneous Aortic Prosthesis on Velocity and Shear Stress Fields

Abstract

BackgroundDue to the nature of the percutaneous prosthesis deployment process, a variation in its final position is expected. Prosthetic valve placement will define the spatial location of its effective orifice in relation to the aortic annulus. The blood flow pattern in the ascending aorta is related to the aortic remodeling process, and depends on the spatial location of the effective orifice. The hemodynamic effect of small variations in the angle of inclination of the effective orifice has not been studied in detail.ObjectiveTo implement an in vitro simulation to characterize the hydrodynamic blood flow pattern associated with small variations in the effective orifice inclination.MethodsA three-dimensional aortic phantom was constructed, reproducing the anatomy of one patient submitted to percutaneous aortic valve implantation. Flow analysis was performed by use of the Particle Image Velocimetry technique. The flow pattern in the ascending aorta was characterized for six flow rate levels. In addition, six angles of inclination of the effective orifice were assessed.ResultsThe effective orifice at the -4º and -2º angles directed the main flow towards the anterior wall of the aortic model, inducing asymmetric and high shear stress in that region. However, the effective orifice at the +3º and +5º angles mimics the physiological pattern, centralizing the main flow and promoting a symmetric distribution of shear stress.ConclusionThe measurements performed suggest that small changes in the angle of inclination of the percutaneous prosthesis aid in the generation of a physiological hemodynamic pattern, and can contribute to reduce aortic remodeling.

Estudo Do Escoamento Em Modelo De Aorta Utilizando a Velocimetria Por Imagens Estereoscópicas De Partículas

“…Para números de Womersley elevados, acima de 10, por exemplo, as forças de inércia transientes governam o problema e o fluxos tornamse essencialmente em movimentos de pistão, com perfis de velocidade praticamente planos, à exceção óbvia da região da parede (Ku, 1997). (Gomes et al, 2017). São justamente os efeitos causados pelo TAVI na hemodinâmica da região da aorta ascendente, o objeto de estudo do presente trabalho.…”

“…Portanto trombose. Embora existam diversas hipóteses sobre a etiologia dos aneurismas de aorta (Kuivaniemi et al, 2008), diversos trabalhos evidenciam a estreita relação entre certas características dinâmicas do escoamento, que podem de fato aumentar os esforços mecânicos sobre a parede vascular, com o desenvolvimento e progressão da doença (Frydrychowicz et al, 2009;Groves et al, 2014;Gunning et al, 2014;Kopanidis et al, 2015;Ha et al, 2016;Trauzeddel et al, 2016) (Frydrychowicz et al, 2009;Groves et al, 2014;Gunning et al, 2014;Kopanidis et al, 2015;Trauzeddel et al, 2016;Gomes et al, 2017). Estudos que investigaram a deflexão do fluxo transvalvar induzida por formação bicúspide da válvula aórtica, relacionam as distribuições anormais de WSS com a dilatação da aorta (Tarbell, 2003;Barker et al, 2012).…”

“…Os resultados reportados por Ha et al, 2016 Gunning et al, 2014;Ha et al, 2016;Trauzeddel et al, 2016;Gomes et al, 2017), pode-se sugerir que os fluxos de entrada inclinados nas direções direita e posterior induzem padrões de escoamento que podem alterar a configuração normal de distribuição das tensões cisalhantes na parede vascular da aorta, elevando o nível para patamares acima dos padrões fisiologicamente aceitáveis. Por outro lado, os fluxos de entrada orientados na direção esquerda induziram escoamentos com características que, aparentemente, provocam menores níveis de tensão sobre a parede vascular, aliviando principalmente a região médio ascendente da aorta.…”

“…Como alternativa à válvula protética, foi utilizado um tubo de seção circular com área de 2,0 cm² representando a prótese em sua configuração de máxima abertura dos folhetos protéticos. Acredita-se que os maiores benefícios de se utilizar uma prótese percutânea seriam obtidos se estudo tivesse levado em consideração o fluxo em regime transiente ao longo de todo ciclo cardíaco, onde são considerados os diferentes estágios de abertura da prótese valvar, sobretudo na fase diastólica do ciclo, período em que a válvula se fecha e o escoamento é direcionado para as artérias coronárias (Gomes et al, 2017).…”

“…Dentre as doenças cardiovasculares, podemos destacar: angina, cardiomiopatia, acidente vascular cerebral, aterosclerose, aneurismas e dissecção da aorta, hipertensão arterial, doenças valvares, arritmia, doenças reumáticas e doenças congênitas do coração. A maioria destas está de alguma forma correlacionada a algum tipo de fluxo sanguíneo anormal nas artérias (Frydrychowicz et al, 2009;Gunning et al, 2014;Kopanidis et al, 2015;Ha et al, 2016;Gomes et al, 2017).…”