Estudio FSI en aneurismas cerebrales humanas considerando diferentes pulsos de velocidad de entrada

Abstract

Los aneurismas cerebrales corresponden a dilataciones de vasos sanguíneos que si logran crecer demasiado pueden causar una ruptura del vaso sanguíneo generando un sangrado intercraneal. Con una tasa de mortalidad de hasta un 50 %, resulta imperativo estudiar las características hemodinámicas del flujo sanguíneo, en particular como se comporta la pared de los aneurismas a distintas situaciones. En este estudio se propone usar el software ANSYS para simular el flujo sanguíneo dentro de modelos 3D de aneurismas cerebrales previamente obtenidos, concentrándose en simulaciones FSI (fluidestructurales) que permiten intercambio de información entre los módulos Fluent y transient mechanical de ANSYS. El objetivo es usar distintos perfiles de velocidad de entrada que estén relacionados a distintas condiciones de salud y aplicarlos a las geometrías mencionadas obteniendo resultados de presión, velocidad, esfuerzos de corte en la pared (WSS), desplazamientos, esfuerzos de Von-Mises, índice de corte oscilatorio (OSI) y tiempo de residencia relativo (RRT). Se definen como características principales del flujo una densidad constante, flujo laminar y modelo de viscosidad de Carreau-Yasuda, además para la pared arterial se propone un modelo de pared hiperelástico basado en el trabajo del profesor Valencia y otros junto con un espesor de pared constante de tipo shell. Como perfiles de velocidad de entrada se plantean 5 perfiles de velocidad de entrada distintos, 4 casos de estudio y 1 de control, y se seleccionan las geometrías a usar mediante metodologías morfológicas y visualización individual, escogiéndose un total de seis, tres con ruptura previa y tres sin. En los resultados de presión se obtienen aumentos menores a los esperados, pero en Wss se obtienen variaciones de más de 200 % para algunos casos. Los resultados mecánicos muestran tendencias a mayor variación según la velocidad máxima (hasta 35 % de variación con res pecto a caso base) aunque algunos aneurismas tienen resultados inesperados relacionados con características morfológicas. Se observa la tendencia a crecer de los esfuerzos de Von-mises con respecto a la velocidad de entrada, y por otro lado los desplazamientos no superan 1.1 [mm] en sus casos máximos, pero tampoco son menores a 0.3 [mm] en la sístole. Se obtiene una clara variación de los resultados en función del perfil de velocidad de entrada, pero las características morfológicas de cada geometría parecieran afectar al comportamiento hemodinámico en algunos casos particulares. Además se encuentran relaciones para las características hemodinámicas del flujo sanguíneo con respecto a las características morfológicas de los aneurismas, que en su mayoría terminan generando crecimiento en los parámetros hemodinámicos.