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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 ANEURISMÁTICASGABRIELA 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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