Um algoritmo baseado em otimização para construção de modelos de árvores arteriais com nexo em hemodinâmica computacional

Abstract

A modelagem computacional do escoamento sanguíneo em árvores arteriais do sistema circulatório ajuda a ganhar entendimento deste complexo sistema, o que pode auxiliar no tratamento de doenças vasculares. Para tanto, a construção de modelos de árvores arteriais é mandatória para representar a rede vascular em detalhe de domínios anatômicos com escassez de dados morfométricos dos vasos. Na literatura, há as seguintes classes de modelos de árvores arteriais: anatômico, parâmetros condensados, fractal e otimizado. No contexto do modelo otimizado, os modelos gerados pelo método CCO (Constrained Constructive Optimization) são capazes de reproduzir características morfométricas e hemodinâmicas de árvores arteriais reais. Neste trabalho, é proposto um algoritmo baseado no método CCO capaz de gerar modelos de árvores arteriais em domínios 2D/3D não necessariamente convexos sob as seguintes condições: raio do segmento raiz fixo, fluxos distintos nos segmentos terminais e diferentes expoentes na lei de bifurcação durante o crescimento da árvore. Esse algoritmo é chamado de VCCO (Variant of the Constrained Constructive Optimization). Dados morfométricos dos modelos gerados pelo algoritmo foram comparados com dados reais de árvores arteriais coronarianas. Com relação à hemodinâmica, a impedância vascular nos modelos de árvores arteriais foi calculada e comparada com dados experimentais e numéricos. Por último, simulações de escoamento pulsátil foram realizadas utilizando um método analítico e modelos de árvores arteriais como substrato geométrico. Os resultados morfométricos e hemodinâmicos obtidos neste trabalho estão em concordância com dados numéricos e experimentais da literatura, o que sugere que o Algoritmo VCCO produz modelos confiáveis que podem ser utilizados em simulações hemodinâmicas.