Fluidodinâmica Computacional na Avaliação do Risco Futuro de Aneurismas de Aorta Ascendente

Abstract

Resumo Fundamentos Uma metodologia para identificação de pacientes portadores de aneurisma de aorta ascendente (AAAs) sob alto risco de remodelamento aórtico não está completamente definida. Objetivo Esta pesquisa objetiva caracterizar numericamente o fluxo sanguíneo aórtico, relacionando a distribuição do estresse mecânico resultante com o crescimento de AAAs. Métodos Estudo analítico, observacional, unicêntrico, em que um protocolo de fluidodinâmica computacional (CFD - Computacional Fluid Dynamics) foi aplicado a imagens de angiotomografia computadorizada (ATC) de aorta de pacientes portadores de AAAs. Duas ATC de aorta com pelo menos um ano de intervalo foram obtidas. Dados clínicos dos pacientes foram registrados e, a partir das imagens de ATC, foram gerados modelos tridimensionais. Foram realizados estudos do campo de velocidade e estruturas coerentes (vórtices) com o objetivo de relacioná-los ao crescimento ou não do aneurisma e, posteriormente, compará-los com os dados clínicos dos pacientes. O teste de Kolmogorov-Smirnov foi utilizado para avaliar a normalidade da amostra e o teste não-paramétrico Wilcoxon signed-rank foi aplicado para comparações de dados pareados entre os ângulos aórticos. A significância estatística foi fixada em 5%. Resultados Para o grupo que apresentou crescimento do aneurisma, a incidência do jato na parede aórtica gerou áreas de recirculação posterior ao jato, induzindo à formação de vórtices complexos, ocasionando um incremento na pressão média no endotélio aórtico. O grupo sem crescimento do aneurisma apresentou diminuição na pressão média. Conclusão Este estudo piloto mostrou que a CFD baseada em ATC pode, em um futuro próximo, ser uma ferramenta auxiliar na identificação dos padrões de fluxo associados ao processo de remodelamento de AAAs.

Stress Load and Ascending Aortic Aneurysms: An Observational, Longitudinal, Single-Center Study Using Computational Fluid Dynamics

“…Pixel size and slice thickness data were used for the reconstruction of the 3D model of the aorta to its actual size. As a final procedure to create the computational domain, allowing a comparison of the results of two exams of the same patient, a geometry overlapping was employed [ 26 ] ( Figure 2 b). This ensured the consistent positioning of the inlet valve, provided a common coordinate system, and allowed the definition of the same region of interest ( Figure 2 c) to compare their volumes.…”

“…The angle was defined as the distance between the aortic annulus plane and the line connecting the brachiocephalic trunk centroid with the left main coronary artery centroid ( Figure 2 d). Further details can be found in Almeida et al [ 26 ].…”

“…Thus, here, the volumetric measurement was employed to identify aneurysm growth since it allowed better methodological reproducibility than a localized measurement (impinging jet point) due to the anatomical variations of each patient. Growth was considered to have occurred when the volume increased by at least 5% between the exams [ 26 ]. The patients were then classified into two groups based on whether the aneurysm grew.…”

“…To determine blood flow, a constitutive model of blood rheology is necessary. In the present study, blood was modeled as a Newtonian fluid (dynamic viscosity = 3.5 cP [ 26 , 32 ]) since inside vessels with a large diameter such as the aorta, during the systolic peak, the deformation rate is higher than 50 , and the blood behaves like a Newtonian fluid [ 32 , 33 , 34 ]. A comparison of the flow prediction at the systolic peak inside aortas with aneurysms, employing Newtonian and non-Newtonian viscosity models [ 35 ], revealed similar flow patterns and wall tension distributions, corroborating the small impact of viscoelasticity on these large vessels.…”

“…In the last decade, some review articles have discussed the use of computational fluid dynamics (CFD) to enhance the understanding of hemodynamic patterns in cardiovascular disease [ 16 , 17 ]. In this context, the employment of CFD to investigate aortic diseases [ 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 ], particularly in aneurysmatic ascending aortas [ 25 , 26 ], has been the subject of numerous studies. Current evidence shows that employing CFD for flow analysis in healthy or aneurysmal aortas can contribute to understanding disease etiology by providing insights into the fields of velocity, shear stress, vorticity and identification of recirculation regions [ 22 ].…”