Visualização do escoamento em um modelo de aneurisma cerebral usando a técnica de injeção de corante líquido

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Data

2023-09-11

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Os aneurismas intracranianos constituem uma condição complexa e potencialmente grave que envolve a dilatação anormal de vasos sanguíneos no cérebro. Essas protuberâncias podem apresentar riscos significativos, como ruptura e hemorragia, levando a consequências neurológicas severas e até mesmo à morte. A compreensão dos padrões de fluxo sanguíneo dentro dessas estruturas é crucial para identificar fatores de risco e desenvolver estratégias de tratamento eficazes. A visualização experimental do escoamento em modelos de aneurismas intracranianos desempenha um papel fundamental na investigação dessa dinâmica hemodinâmica, fornecendo insights valiosos para o desenvolvimento de métodos de simulação e intervenções clínicas mais precisas. Utilizando uma bancada experimental composta por um reservatório de nível constante e um bico injetor de corante líquido foi feita uma análise de visualização de escoamento no interior de uma geometria de um aneurisma real impressa em 3D obtida pelo mapeamento do sistema vascular cerebral de um paciente. O corante foi injetado em cinco posições diferentes na entrada do modelo para descrever o fluxo no aneurisma e nas artérias. As visualizações foram realizadas para três números de Reynolds: 199, 398 e 644. A técnica de injeção de corante mostrou-se útil para analisar comportamentos básicos do fluxo. Embora não tenham sido identificadas diferenças significativas nos padrões de fluxo entre os números de Reynolds, a técnica foi mais eficaz nos números de Reynolds menores, revelando regiões de recirculação no aneurisma. Em alguns casos, as linhas de corante se desviaram das regiões de recirculação em direção às ramificações. Nos casos de Reynolds mais altos, a instabilidade aumentou, dificultando a identificação das regiões de recirculação devido à difusão do corante. Sugere-se ajustes no projeto da bancada para reduzir instabilidades, possivelmente projetando um reservatório maior. Além disso, propõe-se injeção de corante em várias regiões simultaneamente, exigindo um novo sistema de injeção. Os resultados ainda não permitem comparações quantitativas com simulações numéricas de dinâmica dos fluidos devido às instabilidades das linhas de corante.
Intracranial aneurysms constitute a complex and potentially serious condition involving abnormal dilation of blood vessels in the brain. These protrusions can carry significant risks, such as rupture and hemorrhage, leading to severe neurological consequences and even death. Understanding the blood flow patterns within these structures is crucial for identifying risk factors and developing effective treatment strategies. Experimental visualization of flow in models of intracranial aneurysms plays a pivotal role in investigating these hemodynamic dynamics, providing valuable insights for the development of more accurate simulation methods and clinical interventions. Using an experimental setup comprising a constant-level reservoir and a liquid dye injection nozzle, flow visualization analysis was conducted within a 3Dprinted geometry of an actual aneurysm obtained by mapping a patient's cerebral vascular system. The dye was injected at five different positions at the model's inlet to describe the flow in the aneurysm and arteries. Visualizations were performed for three Reynolds numbers: 199, 398, and 644. The liquid dye injection technique proved useful for analyzing fundamental flow behaviors. Although no significant differences were identified in flow patterns between Reynolds numbers, the technique was more effective at lower Reynolds numbers, revealing recirculation regions within the aneurysm. In some cases, the dye lines deviated from recirculation regions toward branches. For higher Reynolds flows, instability increased, complicating the identification of recirculation regions due to dye diffusion. Adjustments to the setup are suggested to mitigate these instabilities, potentially involving the design of a larger reservoir. Additionally, simultaneous multi-region dye injection is proposed, necessitating a new injection system. The results still do not allow for quantitative comparisons with numerical simulations of fluid dynamics due to dye line instabilities.

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Palavras-chave

Escoamento, Visualização, Hemodinâmica, Aneurisma cerebral, Linhas de corrente, Internal flow, Visualization, Streamlines, Hemodynamics, Cerebral aneurysm

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