Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10198/12838
Título: Estudo do comportamento biomecânico de aneurismas cerebrais
Autor: Cardoso, Cátia Sofia da Silva
Orientador: Fernandes, Carla S.
Ribeiro, J.E.
Lima, R.
Palavras-chave: Aneurisma cerebral
Dinâmica de fluidos computacional
Análise estrutural
PDMS
Modelos híper-elásticos
Data de Defesa: 2015
Resumo: Os aneurismas cerebrais são dilatações patológicas das artérias cerebrais e são conhecidos como um dos eventos cerebrovasculares mais comuns e graves. A maioria dos aneurismas cerebrais não provoca sintomas até que atinjam grandes dimensões, começando a vazar sangue ou a romperem-se. Este projeto tem como principal objetivo a caracterização do comportamento biomecânico de aneurismas, tendo em consideração diferentes parâmetros geométricos e fisiológicos. Com esta caracterização pretende-se analisar o comportamento da parede de um vaso sanguíneo durante a formação de um aneurisma e, dessa forma, entender o que leva à sua formação e onde são as zonas mais propícias à sua rutura. No presente trabalho foram realizados estudos numéricos para geometrias simplificadas de vasos sanguíneos, mais concretamente, três canais circulares - um simples e dois com aneurismas - considerando-se que todos eram de polidimetilsiloxano (PDMS), uma vez que este material possui propriedades híper-elásticas tal como os vasos sanguíneos e, normalmente, é um material utilizado com muita frequência nos estudos experimentais. Aplicaram-se diferentes modelos constitutivos ao PDMS que foram aproximados por uma curva de tensão/deformação que contém valores experimentais de um ensaio de tração de um provete normalizado de PDMS. Nos vários estudos foram utilizados dois módulos do software Ansys®, sendo eles, o Fluid Flow (Fluent) e o Static Structural. O primeiro usou-se para fazer a simulação do escoamento do fluido (sangue e glicerina 60%) em cada canal, permitindo calcular a variação da pressão exercida pelo fluido na parede do canal, a velocidade ao longo do percurso deste e a existência ou inexistência de recirculação sanguínea no interior do aneurisma, para diferentes condições de operação. No Static Structural foi executado o estudo estrutural dos canais, calculando-se os deslocamentos totais, os deslocamentos direcionais (X, Y e Z), as deformações, as tensões normais e as tensões de corte, permitindo assim, visualizar as zonas do canal que estão sobre maior tensão. Ao longo destes estudos concluiu-se que a nível qualitativo, qualquer modelo constitutivo estudado pode ser utilizado, pois todos mostram o mesmo tipo de distribuição de deslocamentos e deformações. Concluiu-se também que com o aumento da velocidade de entrada, o fenómeno de recirculação sanguínea torna-se mais acentuado, fazendo com que o fluido se aproxime mais para junto das paredes do aneurisma. Os valores máximos dos deslocamentos ocorreram nas laterais do aneurisma e as deformações máximas, para além das laterais do aneurisma, verificaram-se também na passagem do canal para o aneurisma e do aneurisma para o canal, sendo estas as zonas onde há uma alteração “brusca” da geometria.
Cerebral aneurysms are pathological dilatation of cerebral arteries and are known as one of the most common and serious cerebrovascular events. Most cerebral aneurysms do not cause symptoms until they become large and beginning to break up. The main objective of this project is the numerical characterization of the biomechanical behaviour of a cerebral aneurysm, taking into account different geometric and physiological parameters. This numerical investigation aims to analyse the behaviour of a blood vessel wall during the formation of an aneurysm and as a result to improve our understanding regarding what leads to its formation and where are the zones more likely to occur its rupture zones. In this work, numerical studies were carried out in blood vessels with simple geometries , in particular, three circular channels (a simple with any aneurysm and two with an aneurysm), considering that all were in polydimethylsiloxane (PDMS), as this material has hyperelastic properties similar to blood vessels and is frequently used in in vitro experimental studies. Wehave applied different constitutive models to the PDMS that were approximated by a stress/strain curve that contains experimental results, a tensile test of a standardized test piece of PDMS. The numerical studies were performed by using two modules of the Ansys® software, i. e., the Fluid Flow (Fluent) and the Static Structural. The former was used to perform simulations of the fluid flow (blood and glycerine 60%) in each channel, allowing to calculate the pressure gradient exerted by the fluid in the channel wall , the velocity along the channel and the existence or absence blood recirculations inside the aneurysm, for different flow conditions. In latter module (the Static Structural) was used to perform the structural study of the channels, calculating the total displacements, the directional displacements (X, Y and Z), the deformations, the normal stresses and the shear stresses. Additionally, by using this module it was possible to visualize the regions of the channel where the greater strain is more likely to happen. From these qualitatively studies it was possible to conclude, that any constitutive model studied can be used, as all show the same distribution of displacements and deformations. It also possible to conclude, that the blood flow recirculation phenomenon becomes more critical as the velocity inlet increases, causing the fluid to be closer to the walls of the aneurysm. The maximum values of the displacements have occurred at the sides of the aneurysm and the maximum deformations, beyond the sides of the aneurysm. These maximum values were also found at regions where there is a sudden change in the geometry, i. e., at the passage of the main channel to the aneurysm and at the passage of the aneurysm to the main channel.
URI: http://hdl.handle.net/10198/12838
Designação: Mestrado em Tecnologia Biomédica
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