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[en] NUMERICAL PREDICTION OF HEMODYNAMIC PATTERNS DURING A CARDIAC CYCLE FOR ONE HEALTHY AND 30 ANEURYSMATIC AORTAS / [pt] PREDIÇÃO NUMÉRICA DE PADRÕES HEMODINÂMICOS DURANTE UM CICLO CARDÍACO PARA UMA AORTA SAUDÁVEL E 30 AORTAS ANEURISMÁTICAS

GABRIELA DE CASTRO ALMEIDA 03 February 2025 (has links)
[pt] Este estudo apresenta a validação de um modelo físico/numérico para prever o escoamento na aorta ascendente de um paciente saudável, com o objetivo de estender sua aplicação para analisar outros pacientes, especificamente, com aneurisma da aorta ascendente (AAoA). Aplicando o conceito paciente-específico (PSM), os resultados fornecidos pela técnica de Ressonância Magnética Quadridimensional (4D-Flow MRI) foram utilizados na simulação empregando a abordagem de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) com um modelo de turbulência capaz de prever transições entre regimes laminar/turbulento durante o ciclo cardíaco. Condição de contorno baseada na vazão medida foi imposta na entrada da aorta. Nas saídas, foram considerados os percentuais da vazão de entrada correspondentes à cada saída, bem como o modelo Windkessel de três elementos para estabelecer uma aproximação mais precisa da relação pressão-vazão. Os resultados favoráveis obtidos dos perfis de pressão, vazão e tensão de cisalhamento em várias posições ao longo da aorta e ao longo do ciclo cardíaco validaram a aplicação potencial do PSM a outros pacientes, em particular, pacientes com AAoA. O AAoA é uma doença silenciosa com alta mortalidade, e os fatores associados ao pior prognóstico ainda não são totalmente conhecidos. Com o objetivo de relacionar características da dinâmica do escoamento com a doença, modelos anatômicos personalizados foram obtidos a partir de angiotomografias de 30 pacientes em dois anos diferentes (com intervalos de um a três anos entre eles). Com base na diferença de volume da aorta ascendente de um ano para outro, dois grupos foram definidos: um com crescimento do aneurisma e outro sem crescimento. O escoamento durante o ciclo cardíaco e a geometria correspondente a cada grupo foram comparados para encontrar padrões que possam indicar o crescimento do aneurisma a partir do primeiro exame. Embora não tenha havido uma tendência clara entre os dois grupos de pacientes, foram observados valores mais altos da pressão média- temporal ( ) em pacientes com crescimento do aneurisma, bem como períodos mais longos durante o ciclo com a aorta submetida a altos valores de tensão de cisalhamento. O presente estudo explorou o processo de remodelação de pacientes com aneurisma e como a geometria pode impactar em seu crescimento, contribuindo para uma melhor compreensão da fisiopatologia aórtica. / [en] This study presents the validation of a physical/numerical model designed to predict the ascending aorta flow in a healthy patient, aiming to extend its application to analyze other patients, specifically, with ascending aortic aneurysm (AAoA). Applying the patient-specific model (PSM) concept, the results provided by the Four-dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging (4D-Flow MRI) technique were used in the simulation employing the Computational Fluid Dynamics (CFD) approach, with a turbulence model capable of predicting laminar/turbulent regime transitions during the cardiac cycle. Boundary condition based on measured flow rate was imposed at the aorta s inlet. At the outlets, the physiological percentages of inlet flow rate corresponding to each output were considered, as well as the three-element Windkessel model to establish a more accurate approximation of the pressure-flow relationship. The favorable results obtained on pressure, flow rate and shear stress profiles at various positions along the aorta and throughout the cardiac cycle, validated the potential application of PSM to other patients, in particular patients with AAoA. AAoA is a silent disease with high mortality, and factors associated with a worse prognosis are not yet fully known. Aiming to relate flow dynamics characteristics with the disease, personalized anatomic models were obtained from angiotomography scans of 30 patients in two different years (with intervals of one to three years between them). Based on the volume difference of the ascending aorta from one year to another, two groups were defined: one with aneurysm growth and another without growth. The flow field during the cardiac cycle and the geometry corresponding to each group were compared to find patterns that may indicate the aneurysm growth from the first exam. Although there was no clear trend between the two patient groups, higher time-averaged pressure ( ) values were observed in patients with aneurysm growth, as well as longer time periods during the cycle with the aorta subjected to high values of shear stress. The present study explored the remodeling process of patients with aneurysm and how the geometry and flow pattern can impact its growth, contributing to a better understanding of aortic pathophysiology.

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