Estudio numérico de los efectos del espesor de pared y del tamaño de aneurismas cerebrales usando simulaciones de interacción fluido-estructura (FSI)

Abstract

Un aneurisma cerebral es una lesión presente en vasos sanguíneos de la zona del cerebro, se observa como un abultamiento anormal y puede generar complicaciones que pongan en riesgo la vida del paciente. No existe un método certero que genere consenso entre los expertos para decidir si intervenir o no un aneurisma, lo que podría significar un riesgo innecesario para el paciente. Debido a esto, se ha aprovechado el desarrollo computacional actual para estudiar los fenómenos que rodean a este tipo de lesiones a través de simulaciones. Este estudio tiene como objetivo principal realizar simulaciones numéricas que permitan evaluar el riesgo de ruptura de aneurismas cerebrales ante la evolución de su tamaño y grosor, de manera no simultánea. Para esto, se modifican modelos extraídos de pacientes para hacerlos crecer, si no presentaron ruptura previa, y decrecer, en caso contrario. Para estudiar el efecto de grosor, se varía dicha magnitud en el aneurisma entre 0.35, 0.2 y 0.1 [mm]. Las condiciones de borde consideran la presión y velocidad de un paciente sano y un modelo de viscosidad de Casson, mientras que la estructura utiliza un modelo hiperelástico de Mooney-Rivlin. Además de estudiar los efectos del tamaño y grosor, se incluyen casos adicionales para estudiar algunas arterias antes de la formación de la lesión y un caso en el que se comparan diferentes modelos elásticos. Las simulaciones que se realizan son de tipo interacción fluido-estructura en el software Ansys. Como parámetros fluidodinámicos relevantes se consideran la presión, la velocidad y el esfuerzo de corte en la pared, junto a derivados de este. Para la estructura, se analiza el desplazamiento, esfuerzos y deformaciones. Entre los resultados más importantes se tiene que no hay diferencias significativas entre ocupar un modelo lineal o uno hiperelástico. El análisis de las arterias sin el aneurisma confirma que el lugar donde ocurre la lesión tiene valores más altos del esfuerzo de corte en la pared que en los alrededores. El grosor sólo muestra influencias notables a nivel estructural, dándose en mayor o menor medida dependiendo del camino de la sangre, pero en general, sugiriendo que una pared más delgada está más propensa a romperse. El efecto del tamaño muestra, con alguna excepción, que a mayor tamaño, mayor es el riesgo de ruptura del aneurisma, indicando que ante una evolución de esa forma, lo conveniente sería intervenir antes de que se produzca una hemorragia.