Estudo do escoamento em biomodelos em PDMS de aneurismas intracranianos

Abstract

Um aneurisma intracraniano pode ser definido como uma dilatação localizada nas artérias intracranianas. Esta dilatação traduz-se num risco de rotura e é um dos principais responsáveis pela ocorrência de acidentes vasculares cerebrais. Neste sentido, o estudo dos principais fatores que levam à sua rotura tem ganho especial atenção no meio científico. O presente trabalho teve, assim, como objetivo o estudo do escoamento no interior de um aneurisma. Para tal, foram efetuados estudos experimentais in vitro e numéricos, utilizando para o efeito um modelo idealizado de um aneurisma cerebral, numa escala reduzida de 50%. Quanto à abordagem experimental, inicialmente, foi necessário fabricar os biomodelos, sendo que foram utilizadas duas técnicas, prototipagem rápida e fundição de núcleo perdido. Após o fabrico, os biomodelos foram não só avaliados quanto à sua transparência ótica, mas também foi feita uma análise dimensional dos mesmos. Estes biomodelos demonstraram, ainda, ser adequados para a realização de ensaios experimentais de visualização de fluxo. Numa fase final, para validação dos resultados, foi executada uma análise numérica. Esta análise foi realizada recorrendo ao software Ansys Fluent, utilizando a ferramenta de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Por fim, através das análises numérica e experimental, foi possível analisar o comportamento do fluxo no interior do aneurisma, nomeadamente, identificar as zonas de recirculação do fluido. Destas análises constatou-se que, nas zonas de recirculação as velocidades são bastante baixas, quando comparadas com as velocidades de entrada e saída. Observou-se ainda que, com o aumento do caudal, o foco de recirculação aproxima-se, progressivamente, da parede do aneurisma. Verificou-se, também, que a geometria do aneurisma acaba por influenciar o comportamento do fluxo. Em suma, estas características estão, de certa forma, associadas à rutura de um aneurisma intracraniano.

An intracranial aneurysm can be defined as a localized dilation of the intracranial arteries. This dilatation translates into a risk of rupture and is one of the main causes of strokes. In this regard, the study of how aneurysms develop and the main factors that lead to their rupture have gained special attention in the scientific community. The main objective of this study was to study the flow inside an aneurysm. For this purpose, in vitro and numerical experimental studies were carried out using an idealized model of a brain aneurysm, at a 50% reduced scale. Regarding the experimental approach, initially, it was necessary to develop and manufacture the biomodels, and two techniques were used for their manufacture, rapid prototyping, and lost core casting. After manufacturing, the biomodels were not only evaluated for their optical transparency, but also a dimensional analysis was made. These biomodels also proved to be suitable for experimental flow visualization tests. In a final stage, to validate the results, a numerical analysis was performed. This analysis was performed using Ansys Fluent software, using the computational fluid dynamics (CFD) tool. Finally, through the two analyses performed, numerical and experimental, it was possible to observe the behavior of the flow inside the aneurysm, namely, to identify the areas of fluid recirculation. From these analyses, it was possible to verify that the recirculation flow characterized by a low velocity, when compared with the inlet and outlet velocities. It was also observed that, with increasing flow rate, the recirculation progressively approaches the aneurysm wall. It was also found that the geometry of the aneurysm ultimately influences the flow behavior. Overall, these characteristics are, to some extent, associated with the rupture of an intracranial aneurysm.