Estudi per la caracterització d'un model de dinàmica de fluids computacional de l'artèria aorta

Abstract

L’estudi del flux sanguini i la seva interacció amb les parets dels vasos sanguinis s’inclou dins del camp de la biomecànica, que és la ciència que aplica les lleis de la mecànica a l’estudi dels éssers vius. En particular, l’hemodinàmica s’encarrega d’estudiar, fent ús dels principis de la dinàmica de fluids, el moviment de la sang dins del sistema cardiovascular i les accions que exerceix sobre els elements amb els que interactua, com poden ser els vasos sanguinis o el cor. Per altra banda, la mecànica del medi continu ha formulat diversos models que permeten predir el comportament de materials hiperelàstics com són part de les principals artèries del cos humà. Malgrat que la integritat estructural de les artèries els permet resistir els efectes destructius de l’ona de pressió generada pel bombeig de la sang, en algunes ocasions la paret arterial cedeix i un segment de la mateixa es dilata provocant una expansió de l’artèria: un aneurisma. En els darrers anys, el desenvolupament dels softwares de càlcul numèric i de la capacitat dels ordinadors ha permès que la biomecànica pugui esdevenir una eina molt útil a l’hora de determinar el tractament òptim per a un pacient amb aneurisma. No obstant, aquest tipus d’aplicacions encara es troba en fase d’expansió i és per això que actualment es duen a terme molts estudis per tal de millorar-les. És ben sabut que la sang es comporta com un fluid no newtonià i és per això que en la literatura es troben diversos models matemàtics per a la seva viscositat. En aquest treball es proposa un model de fluid continu per a la sang i un de sòlid hiperelàstic per a l’artèria; mitjançant el solver CFX del software comercial ANSYS es simula el flux sanguini en el tram abdominal de l’artèria aorta així com la seva interacció amb la paret arterial (utilitzant el mòdul d’interacció fluidestructura d’ANSYS). Aquest procés es realitza, tant per un model d’artèria sana com per un amb aneurisma, provant diferents formulacions per a la viscositat de la sang per tal d’estudiar la influència d’aquests en els resultats obtinguts.