FenixEdu™

Dissertação

{en_GB=Computational blood flow simulations and geometric uncertainty quantification in patient-specific aorta-insights } {} EVALUATED

Detalhes: {pt=A incerteza geométrica da estenose da válvula aórtica foi quantificada na aorta torácica tendo em conta parâmetros hemodinâmicos. Foi usada uma geometria 3D específica da aorta e a válvula foi modelada através de um disco idealizado na entrada da aorta ascendente para simular a calcificação das válvulas do coração. A incerteza associada ao raio aleatório de abertura da válvula foi caracterizada por uma função de densidade de probabilidade Beta com uma variabilidade de 14% e quantificada na aorta durante o ciclo cardíaco. O processo estocástico envolveu a aplicação de um método de projecção espectral não-intrusivo que é baseado na expansão do caos polinomial e que usa amostras correspondentes a campos de escoamento 3D dependentes do tempo obtidos a partir da solução das equações de Navier-Stokes. As simulações determinísticas foram validadas com dados de escoamento sanguíneo da aorta. Foram realizadas comparações entre as soluções obtidas com os modelos de viscosidade do sangue Newtoniano e não-Newtoniano bem como considerando escoamento laminar ou turbulento. A ocorrência de escoamento sanguíneo turbulento foi analisada numa geometria 3D específica através da distribuição de tensões de corte e nível de intensidade turbulenta. Este estudo revelou que a estenose da válvula origina um jacto de entrada que perturba o escoamento e gera regiões de recirculação que desaparecem a jusante. Os resultados estocásticos foram analisados em termos de parâmetros hemodinâmicos com relevância clínica durante o ciclo cardíaco. A variabilidade do raio de abertura levou a diferenças significativas no pico da sístole, particularmente na aorta ascendente e na artéria braquiocefálica. , en=The geometric uncertainty of the aortic valve stenosis was quantified in terms of hemodynamic parameters in the thoracic aorta. A 3D patient-specific aorta geometry was used and the valve modelled as an idealized disk at the inlet of the ascending aorta to mimic the calcification of the heart valves. The uncertainty of the random opening radius was characterized by Beta Probability Density Function with a variability of 14% and quantified in the aorta flow development during the cardiac cycle. The stochastic process involved the application of a Non-Intrusive Spectral Projection method which is based on the Polynomial Chaos expansion and uses samples corresponding to 3D time-dependent flow fields obtained from the solution of the unsteady Navier-Stokes equations. The deterministic simulations are validated with reported data of the aorta blood flow. Comparisons have been made between the solutions obtained with Newtonian and non-Newtonian blood viscosity models and the consideration of laminar or turbulent flow. The occurrence of turbulent blood flow was examined for a 3D patient-specific via wall shear stress distribution and turbulent intensity level. The present study revealed that the stenosed valve originates a jet inflow disturbing the flow to a greater degree and generating recirculation regions that reattach further downstream. The stochastic outputs were analysed in terms of hemodynamic parameters with clinical relevance during the cardiac cycle. The radius opening variability led to significant differences at the peak of systole, particularly in the ascending aorta and the brachiocephalic artery. }
Keywords: {pt=Escoamento sanguíneo, CFD, Aorta, Geometria real, Quantificação da incerteza, Projecção espectral não-intrusiva, en=Blood flow, CFD, Aorta, Patient-specific geometry, Uncertainty quantification, Non-Intrusive Spectral Projection}

Discussão: junho 11, 2015, 14:0