Dissertação

{en_GB=Computational analysis of aortic hemodynamics -comparison of outflow modelling strategies} {} EVALUATED

{pt=As doenças cardiovasculares foram declaradas, pela Organização Mundial de Saúde, como a principal causa de morte. A maioria delas pode ser prevenida aprofundando a compreensão do sistema cardiovascular e criando modelos computacionais que representem a sua hemodinâmica, de modo a que haja parâmetros quantitativos (e preditivos) que possamos a associar a estados fisiológicos e patológicos. Dada a complexidade do sistema cardiovascular, é usual representar apenas uma porção significativa que condense o restante sistema através de condições de fronteira (CF). Consequentemente, a escolha de CF apropriadas influencia a fiabilidade dos resultados da simulação numérica. O objetivo deste trabalho é determinar as variações nos parâmetros hemodinâmicos causadas pela utilização de diferentes CF nos vasos secundários do arco da aorta. As condições avaliadas foram: pressão zero, fluxo baseado na Lei de Murray e fluxo baseado em percentagens de referência. Para tal, criou-se um modelo da aorta, a partir da segmentação de TACs. Este foi definido como o modelo computacional onde as equações de Navier-Stokes foram resolvidas, através do Método de Elementos Finitos. Na entrada da aorta, a CF imposta foi o fluxo medido no próprio paciente e na saída principal a condição de pressão zero. Os resultados das simulações foram comparados em termos da distribuição da velocidade e das tensões e validados com o fluxo medido no próprio paciente. Os resultados que mais se aproximaram das observações clínicas foram os das simulações que utilizaram CF baseadas no fluxo, enquanto que a simulação em que a pressão zero foi imposta apresentou algumas inconsistências., en=Cardiovascular diseases have been reported the leading cause of death, by the World Health Organization. However, the majority of these conditions are preventable if we improve our knowledge of the cardiovascular system and use it to create computational fluid dynamic models that can be used to predict hemodynamic metrics and associate them with physiological and pathologic cases. The scientific community is committed to model the entire cardiovascular system, nonetheless, due to its complexity, it is common to model solely a portion of the cardiovascular system and represent the remaining circulation through boundary conditions (BCs). Therefore, the employment of appropriate BCs determines the computational accuracy of the numerical simulation. This work focused on determining the variations in hemodynamic performances caused by different BCs imposed on the secondary outlets that branch from the aortic arch. Those conditions were: traction-free, flow ratio based on Murray’s Law and flow ratio based on literature percentages. A thoracic aorta was modeled from the segmentation of CT-images and defined as the computational domain where the Navier-Stokes equations were solved by the Finite Element Method. At the inlet, the imposed BC was the subject-specific flow at the ascending aorta. At the main outlet, a traction-free BC was imposed. The results of the simulations were compared in terms of velocity and wall shear stress and validated against subject-specific flow rate. The results of the simulations where flow fraction was imposed were the most consistent with the clinical observations while the simulation in which traction-free was imposed presented some singularities.}
{pt=sistema cardiovascular, aorta torácica, hemodinâmica, dinâmica de fluidos computacional, condições de fronteira, simulação numérica., en=cardiovascular system, thoracic aorta, hemodynamics, computational fluid dynamics, boundary conditions, numerical simulation}

Dezembro 6, 2019, 13:30

Orientação

ORIENTADOR

Sérgio Miguel Matoso Laranjo

Centro Hospitalar e Universitário de Lisboa Central e Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa

Especialista

ORIENTADOR

Jorge Filipe Duarte Tiago

Departamento de Matemática (DM)

Professor Auxiliar