Análise de sensibilidade reológica por hemodinâmica computacional em artérias e arteríolas mamárias / Rheological sensitivity analysis by computational hemodynamics in mammary arteries and arterioles

Authors

  • Rafael Vieira Doherty
  • Guilherme Barbosa Lopes Junior

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv8n2-356

Keywords:

hemodinâmica computacional, openfoam, fluidos não-newtonianos, reologia, cfd.

Abstract

A necessidade de se aprofundar os estudos sobre o escoamento sanguíneo em vasos e sua interação com propriedades do escoamento como pressão e velocidades são de suma importância para diversos campos da bioengenharia ligados a hemodinâmica corporal humana. No entanto, tais estudos esbarram na dificuldade de se obter dados e parâmetros que possam auxiliar tomadas de decisão. Visando subsidiar análises mais aprofundadas, o presente projeto trouxe análises de sensibilidade reológica utilizando hemodinâmica computacional para escoamentos em bifurcações para artérias e arteríolas de porte semelhante as encontradas na mama.  A geometria CAD de uma bifurcação típica humana adulta foi desenvolvida a partir de um estudo de alguns angiogramas realizados por dois hospitais nos EUA. Com isso, foi desenvolvido um estudo utilizando a ferramenta CFD do OpenFOAM, onde foi estabelecido a independência de malha computacional e análise das condições de contorno a serem utilizadas. Em seguida, foram desenvolvidos comparativos no presente trabalho, os quais consistiram na análise de diversos parâmetros em diferentes escalas e, em seguida, para diferentes modelos fluídicos, sendo utilizados o modelo Newtoniano, Herschel-Bulkley e Carreau-Yasuda, comumente associados a escoamentos sanguíneos na literatura. Por conseguinte, foi possível concluir que as principais diferenças se encontram na camada limite para o comparativo realizado entre os modelos fluídicos e, que para o comparativo entre escalas geométricas, as diferenças foram mais gerais e vinculadas a intensidades.

References

BERTOLOTTI, F. P. HRBERT, T., SPALART, P.R.. Linear and nonlinear stability of the Blasius boundary layer. J. Fluid. Mech., vol 242, pp.441-473, 1992.

BHARADVAJ, B. K. Steady Flow in a Model of the Human Carotid Bifurcation, Part I – Flow Visualization. Journal Biomechanics, Vol 15, No. 5, pp. 349-362, 1982a.

BHARADVAJ, B. K. Steady Flow in a Model of the Human Carotid Bifurcation, Part II – Flow Visualization. Journal Biomechanics, Vol 15, No. 5, pp. 363-378, 1982b.

BOULPAEP, E. L. Arteries and Veins. In: BORON, W. F., BOULPAEP, E. L. Medical Physiology. Saunders Elsevier, Philadelphia, 2012.

BOYD, J., BUICK, J.M.. Analysis of the Casson and Carreau-Yasuda non-Newtonian blood models in steady and oscillatory flows using the lattice Boltzmann method. Physics of Fluids, v.19, n.9 2007

CHO, Y. I., KENSEY, K. R.. Effects of the non-Newtonian viscosity of blood on hemodynamics of diseased arterial flows: part 1, steady flows. Biorheology, v.28, p. 241-

, 1991.

CHUNG, T.J. Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002.

DOHERTY, R. V., LOPES, G. B, LOBOSCO, R.J.. Análise das Tensões do Escoamento Sanguíneo Newtoniano em Parede Vascular Utilizando Hemodinâmica Computacional. Revista de Ciências Exatas e Tecnologia, v.14, n.14, 2019.

GIJSEN, F. J. H., van de VOSSE, F.N., JANSSEN, J.D. The influence of the non-Newtonian properties of blood on the flow in large arteries: steady flow in a carotid bifurcation model. Journal of Biomechanics, v. 32, pp. 601-608, 1999.

Gimenez Jr GAA; Caporali AS; Brincalepe AC.. Automation of the Coronary Artery Preparation Process for Atherosclerosis Studies. The Academic Society Journal, 2017.

KIM, S. A Study of Non-Newtonian Viscosity and Yield Stress of Blood in a Scanning Capillary-Tube Rheometer, Drexel University, Philadelphia, Pa, USA, 2002.

KU, D. N., GIDDENS, D.P., PHILIPS, D.J., STRANDNESS, JR, D.E.. Hemodynamics of the Normal Human Carotid Bifurcation: In Vitro and In Vivo Studies. Ultrasound in Med. & Biol., v. 11, n. 1, pp. 13-26, 1985.

LEE, C. J., ZHANG, C.J, TAKAO, H., MURAYAMA, Y., QIAN, Y.. A Fluid-Structure Interaction Study Using Patient-Specific Ruptured and Unruptured Aneurysm: The Effect of Aneurysm Morphology, Hypertension and Elasticity. Journal of Biomechanics, v. 46, n.14, 2013.

OPENFOAM DOCUMENTATION, User Guide. OpenCFD Ltd - ESI Group, 2018a.

OPENFOAM DOCUMENTATION, Tutorial Guide. OpenCFD Ltd - ESI Group, 2018b.

PALMA RV; NISHIDA BYT; HERNANDES M; FONSECA JWG; BOCK, EGP.. Simulação da resistência vascular sistêmica do simulador híbrido do sistema cardiovascular. The Academic Society Journal, 2017.

RHEOTOOL User Guide, Version 5.0. April, 2020.

SUGIYAMA, S. I., ENDO, H., NIIZUMA, K., ENDO, T., FUNAMOTO, K., OHTA, M., TOMINAGA, T.. Computational Hemodynamic Analysis for the Diagnosis of Atherosclerotic Changes in Intracranial Aneurysms: A Proof-of-Concept Study Using 3 Cases Harboring Atherosclerotic and Nonatherosclerotic Aneurysms Simultaneously. Hindawi Publishing Corporation, Computational and Mathematical Methods in Medicine, 2016.

WALKER, R.A. THOMPSON, A.M. Prognostic and predictive factors in breast cancer: an overview. Prognostic and Predictive Factors in Breast Cancer, 2ª Edição, Informa Healthcare, Londres, 2008.

XUAN, J. W., LACEFIELD, J.C., WIRTZFELD, L.A., HONGYI JIANG, M.B.,IZAWA, J.I.,

MOUSSA, M., CHIN, J.L., FENSTER, A.. Prostatic Secretory Protein of 94 Amino Acids GeneDirected Transgenic Prostate Cancer: Three-Dimensional Ultrasound Microimaging. In:

HAYAT, M.A. (Ed.). Cancer Imaging: Instrumentation and Application. Volume 2, 1ª

Edição, Londres, 2008

SCHWATZ, C. R.; FIAMONCINI, I. A. D.; SOUSA, R. N.; BITTELBRUNN, B. I.; ROSA, L. M.; MEIER, H. F.; BASTOS, J. C. S. C.. Avaliação do escoamento de plasma sanguíneo ao redor de eritrócitos 2D com o uso de fluidodinâmica computacional. Brazilian Journal of Development, Vol. 5, No. 8, 2019.

AMADO, F. P.; MONDAINI, V. H. C.. Número de Reynolds Critico em Bifurcações. Brazilian Journal of Development, Vol. 6, No. 9, 2020.

Published

2022-02-22

How to Cite

Doherty, R. V., & Junior, G. B. L. (2022). Análise de sensibilidade reológica por hemodinâmica computacional em artérias e arteríolas mamárias / Rheological sensitivity analysis by computational hemodynamics in mammary arteries and arterioles. Brazilian Journal of Development, 8(2), 13866–13887. https://doi.org/10.34117/bjdv8n2-356

Issue

Section

Original Papers