As variáveis fisiológicas iniciais (cf. Tabela 4.1), forneceram os requisitos para o dimensionamento do servomotor, assim como o de outros elementos responsáveis pela simulação da ejeção ventricular.
Em vista da fabricação do simulador cardíaco, elaborou-se o projeto e o detalhamento dimensional de todos os componentes. Alguns deles são mostrados em vista explodida na Figura 4.2. O “Detalhe A” desta mesma figura pode ser visto mais adiante, na Figura 4.3. A designação dos componentes, a quantidade e o material utilizado podem ser vistos, para cada figura, respectivamente, na Tabela 4.2 e na Tabela 4.3.
Tabela 4.2 – Componentes do simulador cardíaco relativos à Figura 4.2
Nº DESIGNAÇÃO Qde MATERIAL OBTENÇÃO
1 Servomotor 1 Aço Compra (FCTH)
2 Acoplamento 1 Alumínio e Borracha Compra (pessoa física “A”)
3 Mesa linear com 2 suportes 1 Alumínio Compra (FCTH)
4 Eixo-êmbolo/gaxetas 1 Inox 316-L/Borracha Compra (FCTH)
5 Suporte do servoconversor 1 Duralumínio Usinagem no PMR
6 Servoconversor 1 Vários Compra (FCTH)
7 a 31 Detalhe A (vide Fig. 4.3) - Vários Cfr. Tab. 4.3
32 Monitor do microcomputador 1 Vários Uso do LAB/PME
33 Microcomputador 1 Vários Uso do LAB/PME
34 Teclado do microcomputador 1 Vários Uso do LAB/PME
35 Suporte do servomotor 1 Duralumínio Usinagem no PMR
36 Espaçador da base da bancada 2 Alumínio Compra (pessoa física “A”) 37 Pé curto da base da bancada 4 Alumínio Compra (pessoa física “A”)
38 Placa base do servomotor 1 Alumínio Compra (pessoa física “A”)
39 Placa base da bancada 1 Alumínio Compra (pessoa física “A”)
40 Mancal do cilindro 1 Alumínio Compra (pessoa física “B”)
41 Cilindro / retentores 1 Acrílico/borracha Usinagem PMR / compra (FCTH)
42 Espaçador do cilindro 1 Acrílico Usinagem no PMR
43 Pé longo da base da bancada 6 Alumínio Compra (pessoa física “A”)
A mesa linear com dois suportes para o eixo do cilindro (cf. Fig. 4.2, n. 3 e n. 4, respectivamente), transmite o movimento rotativo oriundo do servomotor (cf. Fig. 4.2, n. 1) na forma de deslocamento linear. Consiste em módulos da empresa Mitay Mec. Industrial de Precisão Ltda, concretamente a mesa linear (cód. Mitay: MDM20- AL-B-270, com fuso de diâmetro 16 mm, passo de 5 mm e rolamentos de duplo contato angular), e um suporte (cód. Mitay: SA-16) disposto sobre a mesa linear para a fixação do eixo que se insere no cilindro hidráulico (cf. Fig. 4.2, n. 41). Este pequeno conjunto (mesa linear/suporte/eixo-êmbolo/cilindro hidráulico) foi projetado em função de oferecer volumes sistólicos condizentes com os ensaios previstos (AMERICAN NATIONAL STANDARD, 2010).
O passo do fuso desta mesa linear, de 5 mm, está diretamente relacionado com o dimensionamento do servomotor. Optou-se por um servoacionamento da empresa WEG S.A., que consiste em um servomotor (cód. WEG: SWA40 – 2,6-30, que possui 0,7 Kw) e um servoconversor (ou driver, cf. Figura 2, n. 6) para ele apropriado (cód. WEG: SCA050004T2223PSZ). Do mesmo modo, escolheram-se os cabos de potência (cód WEG: CP-03M-4X0,75) e de resolver (cód. WEG: CR-03) apropriados para este servoacionamento específico.
Para transmitir o movimento rotativo do motor para o fuso da mesa linear (de modo a acionar o deslocamento alternativo do êmbolo dentro do cilindro hidráulico), foi utilizado um acoplamento elástico (cf. Fig. 4.2, n. 2) da empresa Kalatec Automação Ltda (cód. Kalatec: JAW ADS-10-K), com furos chavetados para os
diâmetros de 14 mm (referente ao eixo do servomotor) e de 10 mm (referente à ponta de eixo da mesa linear).
A base da bancada consiste de duas placas montadas (cf. Fig. 4.2, nº 38 e 39) que foram projetadas para conciliar a fixação dos diversos componentes, proporcionando o seu alinhamento longitudinal ao longo de um eixo comum. Para alocar apropriadamente alguns componentes sobre a base da bancada, foram utilizados três dispositivos de fixação: o suporte do servoconversor (cf. Figura 2, nº 5), o suporte do servomotor (cf. Figura 4.2, nº 35) e o mancal do cilindro (cf. Fig. 4.2, nº 40). Este último garante a rigidez e alinhamento necessários desde o cilindro até o reservatório global (cf. Fig. 4.3, nº 30), onde são fixados vários outros componentes (cf. Fig. 4.3).
Tabela 4.3 – Componentes do simulador cardíaco relativos à Figura 4.3
Nº DESIGNAÇÃO Qde MATERIAL OBTENÇÃO
7 Duto pré-atrial 1 Silicone Compra (FCTH)
8 Reservatório do átrio ou pré-atrial 1 Acrílico Uso do LAB/PME
9 Mangueira pós-complacência 1 Silicone Uso do LAB/PME
10 Pêra de pressão 1 Borracha Compra (pessoa física “C”)
11 Complacência 1 Acrílico Usinagem no PMR
12 Mangueira pré-complacência 1 Silicone Uso do LAB/PME
13 Duto aórtico 1 Acrílico Usinagem no CTH
14 Tampa do átrio 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
15 Átrio 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
16 Base do duto aórtico 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
17 Base do átrio 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
18 Valsalva 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
19 Duto atrial 1 Acrílico Usinagem no CTH
20 Base do Valsalva 1 Acrílico Usinagem no CTH
21 Retentor do Valsalva 1 Borracha Compra (pessoa física “C”)
22 Fixador da plataforma óptica 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
23 Fixador do átrio 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
24 Retentor do fixador do átrio 1 Borracha Compra (pessoa física “C”)
25 Plataforma óptica 1 Acrílico Usinagem no PMR
26 Membrana flexível 1 Silicone Diversos (cfr. cap. 6)
27 Tampa do reservatório global 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
28 Placa do reservatório global 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
29 Câmara do reservatório global 1 Acrílico Usinagem no PMR
30 Reservatório global 1 Acrílico Usinagem no CTH e PMR
31 Flange do cilindro 1 Acrílico Usinagem no CTH
Em conformidade com o projeto, diversos componentes do simulador foram confeccionados em acrílico (cf. Tabela 4.3), de modo a permitir a visualização do escoamento do fluido de trabalho e principalmente do fluido de teste. Neste sentido e de modo especial, foi projetada a plataforma de fixação das próteses, pois é nela que incidirão os feixes laser dos probes ou o campo de visão por meio de câmaras dos equipamentos de velocimetria. Devido a essa atribuição, é chamada de “plataforma óptica” (cfr. Fig. 4.1, n. 25; Fig. 4.3, n. 25). É o componente mais crítico do projeto e da manufatura, pois reúne várias funções e não pode exceder algumas dimensões convenientes para simular as pequenas geometrias do ventrículo esquerdo. Foi projetada e confeccionada para atender a intercambiabilidade de próteses valvulares de diversos tamanhos padronizados, permitir a esterilidade do fluido de teste (com o meio externo e com o fluido de trabalho), facilitar a montagem dos modelos do átrio e do Valsalva (Fig. 4.3, n. 15 e n. 18, respectivamente). Em vista da função óptica, possui polimento superficial e as regiões de interesse têm planos ortogonais com zonas de pequena espessura. Juntamente com a membrana flexível (cfr. Fig. 4.1, n. 26; Fig. 4.3, n. 26), constitui o modelo do ventrículo deformável (cfr. Fig. 4.1, n. 45). As características geométricas destes dois componentes estão completamente dispostas no Apêndice 6, respeitando a numeração originada na Figura 4.3, que torna clara a sua montagem.
Além da visualização frontal da região superior do modelo do ventrículo, é possível visualizar a abertura e fechamento da prótese mitral (através da tampa do átrio, cf. Fig. 4.3, n. 14) e a prótese aórtica lateralmente, através do modelo do Valsalva (cf. Fig. 4.3, n. 18 e Apêndice 6).
A câmara do reservatório global (cf. Fig. 4.3, n. 29) permite que a parte externa da membrana flexível (cf. Fig. 4.3, nº 26) do modelo do ventrículo permaneça, ou não, em contato com o fluido de trabalho. Isto proporciona a possibilidade de se modular o amortecimento deste pulso de pressão, além de maior esterilidade e estabilidade térmica para o fluido de teste.
A Figura 4.4 mostra o simulador cardíaco com os seus principais componentes montados.
Figura 4.4 – Simulador cardíaco montado Em destaque: plataforma óptica
O simulador foi concebido de modo que fosse possível rotacionar a plataforma óptica sobre a tampa do reservatório global (cf. Fig. 4.3, n. 27). Ao mesmo tempo, a mobilidade do módulo ventricular é independente da posição fixa do simulador, que permanece estável. Para tanto, basta afrouxar os parafusos que atuam no anel fixador da plataforma óptica (cf. Fig. 4.3, n. 22). Conforme o caso, a
possibilidade de rotação da plataforma óptica pode auxiliar a tarefa de calibração dos equipamentos de velocimetria.
A Figura 4.5 exibe todo o sistema que inclui o simulador cardíaco em vista explodida e a sua instrumentação periférica (cfr. seção 3.1.2). É possível identificar o computador (cf. Fig. 4.5, A) e a representação de uma base (cf. Fig. 4.5, B) contendo esquematicamente a placa de aquisição de dados, os amplificadores dos sinais de pressão, a fonte de tensão externa, o termostato digital e o fluxômetro eletromagnético.
Figura 4.5 – Instrumentação periférica associada ao simulador cardíaco
Na Fig. 4.5, E, são vistos os dois transdutores de pressão, direcionados ao ventrículo (plataforma óptica) e à aorta (mangueira pré-complacência, cf. Fig. 4.3, n. 12). Também no duto pré-atrial é possível ver o sensor de vazão posicionado (cf. Fig. 4.5, C). O elemento G da Fig. 4.5 representa um equipamento PIV ou um LDA, que possuem câmeras ou probes (cf. Fig. 4.5, E e H, respectivamente). Uma câmera digital está posicionada para a visualização através da tampa do átrio (cf. Fig. 4.3, n. 14), possibilitando registrar a área de abertura da prótese mitral durante todo o ciclo cardíaco. O elemento D da Fig. 4.5 representa, ao mesmo tempo, o sensor e o aquecedor do termostato digital.
Os dois transdutores de pressão e o fluxômetro com um sensor utilizados constituem a condição mínima para que o simulador cardíaco possa ser validado conforme a fisiologia humana. Permitem que os dados das pressões e da vazão pulsátil possam ser coletados ao longo do ciclo cardíaco. Para a coleta dessas variáveis ao longo do tempo, um sistema de aquisição de dados foi implementado (cfr. seção 3.1.5). Nada impede que futuramente possam ser acrescidos outros transdutores de pressão e outros sensores de vazão ao longo do circuito hidráulico.
A localização dos dois transdutores de pressão utilizados é a seguinte. Está previsto que um transdutor de pressão esteja na cavidade da plataforma óptica (cfr. Fig. 4.3, n. 25), para obter as pressões intraventriculares ao longo do ciclo cardíaco (pressões comuns às próteses mitral e aórtica). O outro transdutor, capaz de registrar a pressão sistêmica ao longo do ciclo cardíaco, está alocado na mangueira pré-complacência (cf. Fig. 4.3, n. 12).
Quanto ao sensor do medidor de vazão eletromagnético (externo à tubulação, para o fluido de teste), pode ser instalado conforme o interesse. Por exemplo, para medições de vazão da prótese mitral, o sensor pode ser instalado no duto pré-atrial (cfr. Fig. 4.3, n. 7). A Fig. 4.4 o exibe montado nessa posição. Entretanto, devido à influência da literatura fisiológica cardíaca, diversos simuladores cardíacos utilizam o sensor de vazão montado para adquirir os sinais da aorta. Isto também é possível, por exemplo, alocando o sensor na base do duto aórtico (cf. Fig. 4.3, n. 16).
As próteses valvulares são montadas na plataforma óptica (cfr. Fig. 4.1, n. 25, Fig. 4.3, n. 25) segundo o posicionamento exposto na Figura 4.1, n. 46 e n. 47, respectivamente para as válvulas aórtica e mitral.