Estudio fluidodinámico de medios porosos en embolización con espirales para tratamiento de aneurismas cerebrales

Abstract

Los aneurismas cerebrales son dilataciones anormales de arterias en el cerebro que, si no se tratan, pueden provocar hemorragias internas, una condición de alta complejidad clínica. La embolización con espirales, consiste en desplegar un espiral de aleación metálica dentro del domo del aneurisma, este procedimiento genera la formación de un volumen embolizado que decrece la velocidad del flujo, reduciendo la presión y esfuerzos de corte en esa región.

El método del Medio Poroso modela el flujo en estructuras complejas usando variables como porosidad (phi)), resistencia viscosa (alpha) e inercial (C_2). Es ampliamente utilizado en el campo clínico para estudiar la embolización con espirales, evaluando condiciones hemodinámicas antes y después del tratamiento según la porosidad y geometría. El estudio considera un flujo pulsátil (transiente) y laminar con comportamiento no newtoniano, bajo la suposición de paredes rígidas, donde se analizan seis grados de porosidad, de 100% a 70%.

El estudio sigue una metodología estructurada, comenzando con la definición del problema y casos de estudio, se eligen tres geometrías a estudiar, luego se establecen las condiciones de modelamiento del flujo y de borde, que incluyen: las ecuaciones de Navier-Stokes, la ley de Darcy y la ecuaciones de Ergun. Luego se realiza un análisis de convergencia de mallado, donde se establece que la densidad de malla ideal es de 2500 [elementos/mm^3].

Las simulaciones se llevan a cabo en ANSYS Fluent, se implementan las condiciones de borde mediante Funciones Definidas por el Usuario (UDF). Se analizan las variables de presión, velocidad, esfuerzo de corte (WSS) y volumen de flujo residual (RFV), los datos se procesan utilizando CFD Post y MATLAB. Luego, se realizan regresiones multivariadas para evaluar la relación entre las variables de interés y el grado de porosidad.

Se identificaron tres variables significativas que afectan las variables de interés: la porosidad, el diámetro de entrada y la altura del domo, donde se obtienen expresiones logarítmicas que describen sus comportamientos. Los resultados muestran una disminución del 76.98%, 88.08% y 73.98% en velocidad, presión dinámica y WSS (en el domo), respectivamente, con una porosidad inicial del 90%. Los efectos sobre la arteria remanente y la presión estática son mínimos con valores en torno al 3% y 1% respectivamente, comparando con respecto a los valores base. Se obtuvo, en promedio, un RFV inferior al 25% (considerando un umbral de 1 [cm/s]) con una porosidad del 80%.