Simulación y visualización tridimensional del flujo sanguíneo en la aorta

Abstract

La arteriosclerosis o endurecimiento de las arterias es una enfermedad causada por diferentes factores como son: el depósito de lípidos, células fibrosas, células musculares, cristales de colesterol y depósitos de calcio. La enfermedad arterosclerótica comienza en todos los individuos, sin tener en cuenta el lugar de origen y por lo general en los primeros 20 años de vida. Existen además otros tipos de enfermedades derivadas de la obstrucción arterial las cuales dependen de su localización. Así mismo el flujo sanguíneo en estas zonas se ve afectado por todos estos factores. Este flujo brinda gran información en la detección temprana de dichas enfermedades, sin embargo, pocos especialistas pueden identificar adecuadamente el comportamiento de dicho flujo. Por ello, el objetivo de este proyecto apunta a implementar un modelo del flujo sanguíneo (velocidad y presión) tridimensional en la aorta.

En este orden de ideas, se propuso un proceso en el que se simula la velocidad y presión en la aorta en tres dimensiones con el fin de analizar el flujo sanguíneo en esta arteria. El primer paso es procesar las imágenes adquiridas de un examen TAC de un paciente específico y renderizar para obtener un modelo tridimensional de la aorta. Luego, se hacen cortes en la entrada y las salidas de la estructura, para posteriormente solidificar la geometría. El último paso es tomar la geometría en 3D, realizar el mallado, simular la velocidad y la presión y, por último, mostrar los resultados en una interfaz gráfica de usuario.

En los resultados obtenidos de velocidad y presión se ilustran los cambios a lo largo de la arteria en distintos tiempos (durante 3 ciclos cardiácos de 0.8s) y diferentes puntos a lo largo de la estructura. De igual forma, se realizan cortes transversales, para observar de forma detallada el comportamiento de estas variables en cada región (aorta ascendete, arco aórtico y aorta descendente).

Arteriosclerosis or hardening of the arteries is a disease caused by different factors such as: the deposit of lipids, fibrous cells, muscle cells, cholesterol crystals and calcium deposits. Arteriosclerotic disease begins in all individuals, regardless of the place of origin and usually in the first 20 years of life. There are also other types of diseases derived from arterial obstruction which depend on their location. Likewise, blood flow in these areas is affected by all these factors. This flow provides great information in the early detection of these diseases, however, few specialists can adequately identify the behavior of this flow. Therefore, the objective of this project aims to implement a model of three-dimensional blood flow (velocity and pressure) in the aorta.

In this order of ideas, a process was proposed in which speed and pressure in the aorta are simulated in three dimensions in order to analyze the blood flow in this artery. The first step is to process the images acquired from a CT scan of a specific patient and render to obtain a three-dimensional model of the aorta. Then, cuts are made at the entrance and exits of the structure, to subsequently solidify the geometry. The last step is to take the geometry in 3D, perform the meshing, simulate the speed and pressure and, finally, show the results in a graphical user interface.

In the results obtained of speed and pressure, the changes along the artery are illustrated in different times (during 3 cardiac cycles of 0.8s) and different points along the structure. Likewise, cross sections are made to observe in detail the behavior of these variables in each region (ascending aorta, aortic arch and descending aorta).