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Título: Simulação de escoamento sanguíneo em biomodelos digitais de patologias vasculares humanas
Autor: Geraldes, Rita Margarida Delgado
Orientador: Fernandes, Carla S.
Queijo, Luís
Palavras-chave: Imagiologia médica
Biomodelos virtuais
Aneurisma da aorta abdominal
Dinâmica dos fluidos computacional
Data de Defesa: 2015
Resumo: Os procedimentos cirúrgicos requeridos no tratamento de diversas patologias podem ser mais simples, baratos e eficientes com o uso das tecnologias de visualização e análise tridimensional de imagens médicas. Além de facilitar o diagnóstico, os modelos virtuais permitem ao cirurgião um planeamento detalhado e simulação de intervenções complexas. Estes modelos virtuais permitem a melhoria da capacidade de visualização, interação e otimização perante a situação clínica, possibilitando a identificação precoce de problemas. O objetivo deste trabalho é a análise do escoamento sanguíneo na aorta abdominal com aneurisma. A primeira etapa do trabalho consistiu na extração de dados anatómicos de um aneurisma, com recurso à imagiologia médica e à reconstrução do biomodelo digital utilizando softwares apropriados de modo a obter um modelo realista da artéria em estudo. Posteriormente, efetuou-se o estudo numérico no biomodelo construído, sendo para tal utilizado o programa comercial Fluent de dinâmica de fluidos computacional. Nas simulações numéricas, realizadas para escoamento laminar, a reologia do sangue foi descrita por três modelos: modelo Newtoniano, modelo de Carreau e Lei da Potência. Com a utilização destes três modelos foi possível averiguar o impacto das propriedades não-Newtonianas do sangue nos fluxos estudados. Adicionalmente, as simulações realizadas no biomodelo foram efetuadas num domínio geométrico similar ao biomodelo, mas mais simples. Esta análise foi efetuada de modo a averiguar se para as condições estudadas era possível recorrer a um modelo simplificado sem comprometer a análise do escoamento pretendido. Quanto aos resultados obtidos no estudo dos modelos reológicos não-Newtonianos e Newtoniano, para os perfis de velocidade e taxas de deformação o comportamento do modelo de Carreau aproximou-se do comportamento do modelo Newtoniano devido às taxas de deformação estarem maioritariamente abaixo de 0.1 s-1. Em relação às quedas de pressão foi a Lei da Potência quem se aproximou mais do modelo Newtoniano. Por último, foi calculada a razão de tensão de corte entre os fluidos não-Newtonianos e o fluido Newtoniano, dependendo a aproximação da velocidade de entrada utilizada. Esta aproximação diferiu do modelo simplificado para o modelo real. Em conclusão, verificou-se que o modelo simplificado, proposto no presente trabalho, apresentou resultados compatíveis e distintos do modelo real dependendo do estudo em causa, não sendo possível optar pela utilização de um ou de outro modelo.
The surgical procedures required in the treatment of some diseases could be more simple, cheap and efficient with the use of visualization technologies and tridimensional analysis of the medical image. More than making easier the diagnosis, the virtual models let the surgeons make a detailed plan and simulate the most risky surgeries. These virtual models allow us to increase the visualization capacity, interaction and optimize a clinical situation, making possible an early identification of health problems. The main objective of this work is the analysis of the blood runoff in the abdominal aorta in the presence of an aneurysm. The first step of the work consists in the anatomical data extraction about aneurysms, from medical image data the reconstruction of the digital biomodel and the use of appropriated software’s in a way to get a realistic model of the artery in study. Therefore, it was done an numeric study in the biomodel that was build, using the commercial software of computational fluid dynamic - Fluent. In the numerical simulations done to the laminar runoff, the blood rheology was described under three models: Newton model, Carreau model, and the Power law. With the use of those three models was possible to evaluate the impact of the non-Newtonian properties of the blood. Additionally, the simulations done in the biomodel, were done in similar geometry but simplest. This analysis was done to check if in the studied conditions was possible to have a simplified model without ruining the analyses of the runoff. The obtained results in the study of the non-Newtonian and the Newtonian blood rheology models, to the speed profile and deformation tax the behaviour of the Carreau was close to the Newtonian because the deformation taxes were in the most below 0.1 s-1. About the pressure drops was the Power law that was closer to the Newtonian model. Last, was calculated the tension reason between non-Newtonian and Newtonian fluids, depending the speed approximation of the entry used. This approximation was different in the simplified and the real model. In summary, was observed that the simplified model, show compatible and distinct results from the real model depending of the study in cause, making not possible to choose from one model or another.
URI: http://hdl.handle.net/10198/12401
Designação: Mestrado em Tecnologia Biomédica
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