ANÁLISIS BIDIMENSIONAL DE LA INTERACCIÓN FLUIDO-ESTRUCTURA EN VÁLVULAS MECÁNICAS DE CORAZÓN UTILIZANDO TÉCNICAS DE CÉLULAS AUTÓMATAS / Two-Dimensional Fluid-Structure Interaction Analysis in Mechanical Heart Valves Using the Cellular Automata Approach

Résumé

El presente trabajo describe un método computacional para la simulación de flujo de sangre a través de una válvulamecánica de corazón en posición aórtica basado en autómatas celulares. El aporte innovador de esta investigación es quepermite considerar, bajo un enfoque Lagrangiano, la interacción dinámica de los elementos móviles de la válvula mecánicacon el fluido que pasa a través de ella. Se consideraron los cambios en las propiedades del fluido por efecto de la aperturay cierre de la válvula y los cambios en las condiciones de contorno sólido-líquido en función del tiempo. La investigacióndescribe la alteración producida en el flujo sanguíneo cuando una válvula mecánica de corazón aórtica se introduce en lacorriente sanguínea. Se estudiaron y discutieron los patrones de velocidad y esfuerzos cortantes envueltos en el flujo desangre que pasa por la válvula mecánica. Los resultados que se obtuvieron fueron similares al valor pico de la fase desístole en el ciclo cardíaco, es decir, regiones de poco flujo recirculando en la cavidad y más marcado a lo largo de la líneacentral de la válvula con baja velocidad. Los patrones de flujo fueron comparados con resultados experimentales publicadospor Lim et al. (1998), obteniendo resultados similares.ABSTRACTThis work shows a computational approach to simulate blood flowing through an aortic mechanical heart valve by CellularAutomata theory. A Lagrange Fluid-structure coupling is considered in this approach and changes in the fluid’s propertiesby the opening/closing of the leaflets during heart cycle’s time steps. Velocities and shear stresses profiles in blood’s flowwhen it passes through the mechanical device were studied and discussed. Numeric results of systolic cardiac phase wereobtained. Qualitative streamline maps are showed, with similar results of in vitro tests published by Lim et al. (1998).Keywords: Cellular automata, moving boundaries, GLBE, biofluids, mechanical Heart valves.