Dissertação
Construção de uma ferramenta computacional para simulação hemodinâmica em modelos 1D de árvores arteriais
Autor
Santos, Igor Pires dos
Institución
Resumen
The blood flow in arterial tree models of the circulatory system is frequently
studied to better understand this complex system. The hemodynamic simulation shows
how the wave changes as it progresses through the geometric model. It is possible to extract
analytical data without invasive procedures taking different flow characteristics into account.
In this work, the following are presented: (i) an analytical scheme based on physical and
mathematical laws to calculate the local characteristics of the pressure and flux wave in
one-dimensional (1D) arterial tree’s models, (ii) a computational environment developed
to simulate and visualize the results of the model’s construction and hemodynamic studies.
The computational environment is composed of a data structure that integrates the
concepts of an object-oriented language and other libraries with the adopted analytical
scheme. The proposed data structure allows the computational environment to store, utilize
and display different characteristics of an arterial tree. The data structure constructed
two environments: (1) a console(terminal mode), and (2) a user interface. The class
architecture objectives are to ensure the correct use of the libraries to simulate the
mathematical model and to allow other mathematical models to be easily integrated
posteriorly. The results produced in this work are consistent with real morphometric data
and numeric data related in the literature. The computational tool that was built simulates
hemodynamic characteristics in 1D arterial tree models and functions as a platform to
investigate computational models. O escoamento sanguíneo em modelos de árvores arteriais do sistema circulatório
é frequentemente utilizado para melhor entender este complexo sistema. Ao realizar
estas simulações hemodinâmicas pode ser observado como as ondas de pressão e fluxo
são alteradas ao longo do modelo vascular. Desta forma, é possível obter dados sem
a realização de exames invasivos levando em conta diferentes cenários hemodinâmicos.
Neste trabalho, apresentam-se: (i) um modelo matemático da literatura que descreve o
escoamento sanguíneo pulsátil em modelos de árvores arteriais unidimensionais (1D), (ii)
uma ferramenta computacional desenvolvida que calcula a pressão e fluxo em cada vaso a
partir do modelo matemático . A ferramenta computacional desenvolvida conta com uma
estrutura de dados proposta que concilia os conceitos de uma linguagem orientada à objetos
e bibliotecas adicionais com o modelo matemático adotado. A estrutura de dados foi
utilizada no desenvolvimento de dois ambientes, um console (modo terminal) e uma interface
gráfica de usuário. A arquitetura de classes tem como objetivo conciliar as ferramentas
disponibilizadas pelas bibliotecas para simular corretamente o modelo matemático escolhido
e permitir que outros modelos matemáticos sejam facilmente acoplados posteriormente. A
estrutura de dados proposta possibilita que as diversas características de uma árvore arterial
possam ser armazenadas, utilizadas e visualizadas em tempo de execução. Os resultados
obtidos neste trabalho estão condizentes com dados numéricos relatados na literatura. A
ferramenta computacional construída é útil para realizar simulação hemodinâmicas em
modelos 1D de árvores arteriais e pode servir como uma plataforma para investigação de
modelos computacionais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior