Simulación de la Hemodinámica en Modelos de Aneurismas Cerebrales Incluyendo la Interacción Fluido-Estructura

Abstract

Los aneurismas cerebrales son anomalías presentes en las arterias, comúnmente en la zona denominada Círculo de Willis, al interior del cerebro humano. Los aneurismas son una enfermedad severa y se ha estimado que entre el 1% al 5% de la población mundial es propensa a sufrir esta enfermedad y 1 de cada 10.000 enfermos sufre Hemorragia Subaracnoídea por rotura del aneurisma, lo que puede producir desde invalidez hasta la muerte. Por ello, recientemente se han realizado trabajos en los que se pretende simular de manera realista el comportamiento fluidodinámico de los aneurismas. El primer paso necesario para realizar una simulación correcta de la hemodinámica es obtener geometrías tridimensionales de aneurismas. Para ello, se realiza un examen a los pacientes con un Angiógrafo Rotacional 3D con el que se obtienen geometrías reales para cada paciente. Como los archivos entregados por el Angiógrafo no pueden ser utilizados directamente en un software de simulación numérica se requiere de una metodología de reconstrucción de los casos. Una vez que se tienen las geometrías reconstruidas, es necesario definir los modelos que se utilizarán para simular la hemodinámica de manera correcta. En este trabajo se trata de analizar con el software ADINA la fluidodinámica en diversos modelos de aneurismas cerebrales, disponibles de una base de datos proporcionada por el Instituto de Neurocirugía Asenjo (INCA), a través de simulación numérica CFD (Computational Fluid Dynamics) incluyendo interacción fluido-estructura. La metodología seguida es la siguiente: Reconstrucción de geometrías de casos reales de aneurismas de la base datos proporcionada por el INCA, obteniendo geometrías en formato CAD (Computer Aided Design) utilizables en ADINA. Luego, implementación de diversos modelos que permitan simular de manera realista el comportamiento del flujo sanguíneo en el interior de las arterias. Se utilizan modelos para el comportamiento no-Newtoniano de la sangre, para las condiciones de presión en la salida y en el exterior de la arteria, y la implementación de un pulso sanguíneo representativo a la realidad de un paciente con esta enfermedad. Para obtener un pulso de velocidad que represente a la población de pacientes con aneurisma se utilizan 36 exámenes Doppler (imagen que muestra el pulso de velocidad media del paciente) y tras obtener la función que representa a cada pulso se calcula un promedio simple de todas ellas. Con este pulso de velocidad media promedio se calcula la solución de Wommersley (perfil de velocidades para flujos pulsantes) y se utiliza como condición de entrada del sistema. Por último, se realiza la simulación numérica en ADINA y la posterior obtención de datos fluidodinámicos de interés, tanto en términos temporales como espaciales para la determinación de parámetros relevantes en la ruptura de aneurismas. Esta investigación forma parte del primer año de ejecución del proyecto Fondecyt “FLOW DYNAMICS AND ARTERIAL WALL INTERACTION IN REALISTIC CEREBRAL ANEURYSM MODELS''.