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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-26032009-174533
Documento
Autor
Nome completo
Daniel Formariz Legendre
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Ortiz, Jayme Pinto (Presidente)
Andrade, Aron José Pazin de
Barbosa, Marcos Pinotti
Galego, Sidnei José
González Lima, Raúl
Título em português
Estudo de comportamento de fluxo através de modelo físico e computacional de aneurisma de aorta infra-renal obtido por tomografia.
Palavras-chave em português
Aneurisma
Dinâmica dos fluídos
Simulação
Tomografia
Resumo em português
Aneurisma de Aorta Abdominal (AAA) é definido como uma dilatação localizada e permanente da parede arterial, geralmente com ocorrência entre as artérias renais e as ilíacas, como conseqüência do enfraquecimento dessa parede ou devido a uma solicitação anormal sobre sua estrutura normal. Essa afecção acomete principalmente a população idosa acima de 65 anos de idade, tendo como principais fatores de risco: tabagismo, hipertensão arterial, histórico familiar e doença obstrutiva crônica pulmonar. A prevalência está aumentando nos últimos anos, havendo uma duplicação dos casos diagnosticados nos Estados Unidos (Bonamigo e Von Ristow, 1999). Hoje o AAA é a 13ª causa de morte nos Estados Unidos, em homens com mais de 65 anos e no caso de aneurisma roto, é a 3ª causa de morte súbita nos Estados Unidos. A mortalidade global do AAA roto está em torno de 80% nos países que têm verificação sistemática e compulsória da causa de óbitos. Isto ocorre devido ao fato de uma hemorragia substancial intra-abdominal geralmente ser acompanhada de atraso no transporte e diagnóstico, e da necessidade de cirurgia de emergência em pacientes idosos que, freqüentemente, tem uma significativa comorbidade renal e cardiopulmonar. Acredita-se que a formação e o crescimento do aneurisma de aorta abdominal são acompanhados do crescimento da tensão na parede da aorta e/ou de uma diminuição da capacidade do tecido de suportar tal tensão. A ruptura ocorre quando a tensão atuante na parede excede a tensão que pode ser suportada pelo tecido. O risco de ruptura aumenta com o crescimento do tamanho do aneurisma, da tensão na parede e é agravado quando associado à hipertensão arterial. No estudo foram obtidos dados morfológicos da região torácica de um paciente com a utilização de tomografia computadorizada multi-fatias. Essas imagens DICOM (Comunicação de Imagens Digitais em Medicina) foram tratadas para selecionar apenas a região de interesse, obtendo-se um modelo tridimensional da aorta infra-renal e artérias ilíacas. A partir daí, foi confeccionado um modelo físico com a utilização de prototipagem rápida. Um simulador cardiovascular controlado por computador foi desenvolvido com o intuito de replicar características fisiológicas e patológicas do sistema cardiovascular humano. Esse modelo de aneurisma foi utilizado para simulação em bancada experimental, onde é possível reproduzir alguns parâmetros como pressão, fluxo, temperatura, resistência e complacência vascular. Também foi gerado um modelo computacional onde os parâmetros obtidos na simulação in vitro foram utilizados como condição de contorno inicial para o estudo computacional. Foram adotados padrões normotenso e hipertenso, e os resultados computacionais e experimentais foram analisados e comparados. O trabalho propõe uma metodologia que possibilite a obtenção de dados anatômicos e hemodinâmicos relativos ao segmento arterial acometido pela afecção, com o objetivo de fornecer informações adicionais no diagnóstico do aneurisma de aorta.
Título em inglês
Flow behavior study through physical and computacional model of infrarenal aortic aneurysm obtained by tomography.
Palavras-chave em inglês
Abdominal aortic aneurysm
Computational fluid dynamics
In vitro experiment
Multi-slice CT
Rapid prototyping
Resumo em inglês
Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) is defined as a focal and permanent dilatation of the arterial wall, most often occurring in between the renal and iliac arteries, as consequence of arterial wall weakness or because of an abnormal solicitation of that normal structure. This disease primarily affects elderly population over 65 years of age, and the most important risk factors are smoking, hypertension, family history and chronic obstructive pulmonary disease. In the last years, the prevalence is rising up almost twice the diagnosed cases in the United States (Bonamigo and Von Ristow, 1999). Nowadays, AAA is the thirtieth cause of death in the United States, in the elderly masculine population over 65 years of age, and in case of ruptured aneurysm, it is the third cause of sudden death in the United States. The overall mortality rate is about 80% in countries with systematic and compulsory evaluation of death cause. This is due to the fact that substantial intra-abdominal hemorrhage is often accompanied by delays in transport and diagnoses, and the need for emergency surgery in elderly patients that frequently have significant renal and cardiopulmonary comorbidity. It is suggested that the formation and expansion of the AAA are accompanied by wall stress increasing and / or decreasing in the tissue capacity to withstand this stress. The rupture occurs when the wall stress exceed the stress the tissue can accept. The risk of rupture increases with aneurysm expansion, wall stress increasing and it is exacerbated when associated with arterial hypertension. In the present work, morphological data from thoracic region of the patient was acquired by using multi-slice CT (Computed Tomography). These DICOM images had been treated to select only the interest region, getting a three-dimensional infra-renal aortic and iliac model. Then, it was made a physical model by using rapid prototyping. This model was used for in vitro experimentation in a computer controlled mock system, in which it is possible to replicate physiological and pathological characteristics of human being cardiovascular system. Some parameters such as pressure, flow, temperature, vascular resistance and compliance can be reproduced by the use of a mock circulatory system. These parameters were used as initial boundary conditions in order to calibrate a computational model. It was adopted normotensive and hypertensive patterns and computational and experimental results were analyzed and compared. The paper proposes a methodology which allows the acquisition of anatomical and hemodynamic data on the vessel segment affected by the pathology, with the goal of providing additional information in the diagnosis of aortic aneurysm.
 
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Tese_Daniel.pdf (11.71 Mbytes)
Data de Publicação
2009-03-31
 
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