Estudio fluido estructural de las condiciónes de borde en aneurisma cerebral

Abstract

El presente trabajo trata sobre el estudio de los aneurismas cerebrales, los cuales son una enfermedad que se produce por la deformación de la pared de las arterias del cerebro. Esta patología se desarrolla en una zona llamada el círculo de Willis, el cual es un conjunto de arterias que se encarga de suministrar sangre a las diferentes áreas del cerebro.Para este estudio se toma un modelo computacional o CAD (Diseño Asistido por Computador) de un aneurisma reconstruido en trabajos anteriores por el equipo del profesor A. Valencia. El principal objetivo es realizar un estudio de cómo simular adecuadamente las condiciones de borde del modelo computacional, para esto se utilizan dos teorías, la primera es la de Womersley, esta se encarga de simular un perfil de velocidad a la entrada de la arteria que tiene el aneurisma con el fin de reproducir un pulso cardíaco, la segunda es la de Windkessel, esta busca definir la presión de salida de la arteria. Para hacer la simulación se usa un programa de elementos finitos (ADINA), en el cual se importa el modelo CAD del aneurisma y las condiciones de borde, calculadas anteriormente en otro programa llamado MATLAB.Se realiza entonces una variación de la magnitud y de la forma del perfil de velocidad, también se aumenta el valor de la presión de salida (llegando a niveles de hipertensión) y por último se simula el aneurisma con un material elástico y con otro hiperelástico, con el fin de analizar cómo responde el sistema a los cambios.Posteriormente al realizar los cálculos se determina que las mayores concentraciones de esfuerzos se ubican en la zona del cuello del aneurisma y que los lugares con mayores desplazamientos se encuentran en la región del domo. Además, aumentos en un 100 [%] en la velocidad pueden generar incrementos cercanos de un 40 [%] en los esfuerzos. También se establece que lo que más aumenta los esfuerzos en el aneurisma es un incremento de la presión, la hipertensión puede provocar niveles alarmantes de esfuerzos y de deformaciones, incluso muy cercanos a los índices de rupturas. Una hipertensión en grado 3 (presión de sístole por sobre los 180 [mmHg]) puede provocar un incremento en hasta un 87,5 [%] los esfuerzos y en hasta un 32 [%] las deformaciones. Finalmente se determina que un material hiperelástico modela de mejor manera un aneurisma, ya que el elástico puede subestimar valores de esfuerzos en casi un 47 [%].