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Análisis de las variables biomecánicas para el estudio del índice de ruptura de la Triple A Autor: Enrique Navarro Ruiz Ingeniería Biomédica Trabajo Fin de Grado 2 8 /05/2021 Pruebas diagnósticas Segmentación Representación 3D lumen y AAA Extracción medidas geométricas Geometría lumen (.step) Factores biomecánicos geométricos Ecuación continuidad y Navier-Stokes Modelo sanguíneo: Carreau (Gabriela Ortiz León, Daniel Araya Luna, 2014) Mallado Ecuaciones fundamentales de mecánica de fluidos Las velocidades de entrada en la AAA sigue el perfil del gráfico 1 mientras que las presiones de salida en las bifurcaciones iliacas siguen el perfil del gráfico 2. (Leung et al., 2006a) Resultados Velocidad WSS Presión Índices de ruptura (IR) MATERIALES Y MÉTODO OBJETIVOS Se pretende analizar las variables morfológicas de las AAA y lumen mediante visualización tridimensional con ayuda de un software de imagen médica. Crear una herramienta de soporte a la decisión calculando el índice de ruptura. Simular mediante dinámica de fluidos computacional el flujo sanguíneo en el lumen de la AAA. INTRODUCCIÓN La aneurisma de aorta abdominal (AAA) es una dilatación de los vasos sanguíneos producida por una lesión de la pared y presenta un gran impacto dentro de las enfermedades cardiovasculares. Suele diagnosticarse a personas mayores de 55 (Sakalihasan et al., 2011) años y los criterios clínicos actuales se basan en el control del diámetro máximo y de la tasa de crecimiento de este. (Vilalta et al., 2010) RESULTADOS CASO 01 CASO 02 CASO 03 CASO 04 CASO 05 3D MAX-MIN 1,025 - 0 m/s 2 1,968 - 0 m/s 2 9,240 - 0 m/s2 0,783 - 0 m/s2 3,399 - 0 m/s2 PUNTO MAX Bifurcaciones iliacas Bifurcaciones iliacas Reparación por "stent". Las velocidades máximas se encuentran en él. Zona infrarrenal y bifurcación iliaca. Bifurcación iliaca. 3D MAX-MIN 17000 - 10790 Pa 17970 - 10960 Pa 16710 - 10760 Pa 16670 - 10810 Pa 31040 - 8289 Pa PUNTO MAX Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno 3D MAX-MIN 13,87 - 0 Pa 26,98 - 0 Pa 27,17 - 0 Pa 11,38 - 0 Pa 61,14 - 0 Pa PUNTO MAX Bifurcaciones iliacas Bifurcaciones iliacas Reparación por "stent". Las tensiones tangenciales máximas se encuentran en él. Zona infrarrenal y bifurcación iliaca. Bifurcación iliaca. VELOCIDAD PRESIÓN WSS CASO 01 , 02 y 04: AAA con mayores velocidades y WSS en la bifurcación iliaca. CASO 03: Reparación endovascular. Velocidades y WSS máximas en la reparación. CASO 05: Aorta abdominal sana. Sometida a presiones y WSS más altas que un caso de AAA. Casos Tasa de deformación Asimetría Índice dilatación TIL/AAA Espesor relativo Relación P diastólica Relación tensiones IR1 IR2 01 2,324 0,495 0,695 0,602 0,037 0,889 1,387 0,632 0,325 02 2,395 0,259 0,522 0,769 0,04 0,889 1,293 0,765 0,428 03 1,891 0,043 0,752 0,852 0,037 0,889 0,974 0,459 0,277 04 2,222 0,151 0,426 0,484 0,029 0,889 1,575 0,539 0,397 05 - - - - - - - - - 06 2,063 0,144 0,536 0,446 0,05 0,889 1,362 0,512 0,397 07 2,493 0,555 0,49 0,677 0,043 0,889 1,178 0,699 0,397 08 1,548 0,131 0,401 0,219 0,06 0,889 1,052 0,339 0,277 09 1,01 0,998 0,273 0,566 0,056 0,889 0,15 0,296 0,246 10 1,695 0,837 0,837 0,791 0,032 0,889 0,093 0,263 0,204 Factores Biomecánicos Geométricos CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA El análisis biomecánico sirve para dar ayuda al diagnóstico de la posible ruptura de las AAA gracias a la creación de una herramienta de soporte a la decisión que calcula los índices de ruptura. Además, la utilización de software de imágenes médicas aporta información tridimensional. Las simulaciones por CFD ofrece información más enriquecida, como aquellos puntos donde las velocidades, tensiones tangenciales y presiones son los máximos, y por lo tanto, son puntos críticos o candidatos a la ruptura. Los máximos valores de estas variables se producen en la fase sistólica. Vilalta, G., Nieto, F., Vaquero, C., & Vilalta Alonso, J. (2010). Quantitative indicator of abdominal aortic aneurysm rupture risk based on its geometric parameters. International Journal of Medical, Health, Biomedical, Bioengineering and Pharmaceutical Engineering. World Academy of Science, Engineering and Technology., 4, 181–185. Sakalihasan, N., Kuivaniemi, H., Nusgens, B., Durieux, R., & Defraigne, J.-O. (2011). Aneurysm: Epidemiology Aetiology and Pathophysiology. In T. McGloughlin (Ed.), Biomechanics and Mechanobiology of Aneurysms (pp. 1–33). Springer Berlin Heidelberg. https ://doi.org/10.1007/8415_2010_47 Kleinstreuer, C., & Li, Z. (2006). Analysis and computer program for rupture-risk prediction of abdominal aortic aneurysms. BioMedical Engineering Online, 5, 19. https ://doi.org/10.1186/1475-925X-5-19 Gabriela Ortiz León, Daniel Araya Luna, M. V. M. (2014). Revisión de modelos teóricos de la dinámica de fluidos asociada al flujo de sangre - Dialnet. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4835494 Leung, J. H., Wright, A. R., Cheshire, N., Crane, J., Thom, S. A., Hughes, A. D., & Xu, Y. (2006a). Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models. https://doi.org/10.1186/1475-925X-5-33 • Diámetro Max • Diámetro Luz • Diámetro infrarrenal • Espesor pared • Longitud AAA • Longitud Anterior ANÁLISIS DE IMÁGENES CLINICAS Y REPRESENTACIÓN 3D EXTRACCIÓN VARIABLES Y CÁLCULO ÍNDICE DE RUPTURA DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL (CFD) EN AAA DEFINICIÓN CONDICIONES DE CONTORNO EN AAA El estudio consta de 10 pruebas diagnósticas de aortas abdominales. Se realiza la segmentación de la AAA y lumen. Proceso de simulación del fluido sanguíneo en el lumen de la AAA. Se calculan las variables de velocidades, presiones y tensiones tangenciales (WSS). Se obtienen los valores de las variables geométricas de la AAA propuestas por (Vilalta et al., 2012) y (Kleinstreuer & Li, 2006) y se introducen a la herramienta AAARiskRupture para calcular los factores biomecánicos geométricos (FBG) y los índices de ruptura. 1 2 IR1 IR2
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Análisis de las variables biomecánicas para el
estudio del índice de ruptura de la Triple A
Autor: Enrique Navarro Ruiz
Ingeniería Biomédica
Trabajo Fin de Grado
28/05/2021
Pruebas diagnósticas Segmentación
Representación 3D lumen y AAA
Extracción medidas geométricas
Geometría lumen (.step)
Factores biomecánicos geométricos
Ecuación continuidad y Navier-Stokes
Modelo sanguíneo: Carreau
(Gabriela Ortiz León, Daniel Araya Luna, 2014)
Mallado
Ecuaciones fundamentales de mecánica de fluidos
Las velocidades deentrada en la AAA sigue elperfil del gráfico 1mientras que las presionesde salida en lasbifurcaciones iliacassiguen el perfil del gráfico
2. (Leung et al., 2006a)
Resultados
Velocidad WSSPresión
Índices de ruptura (IR)
MATERIALES Y MÉTODO
OBJETIVOSSe pretende analizar las variables morfológicas de las AAA y lumen mediante visualizacióntridimensional con ayuda de un software de imagen médica. Crear una herramienta desoporte a la decisión calculando el índice de ruptura. Simular mediante dinámica de fluidoscomputacional el flujo sanguíneo en el lumen de la AAA.
INTRODUCCIÓNLa aneurisma de aorta abdominal (AAA) es una dilatación de los vasos sanguíneos producidapor una lesión de la pared y presenta un gran impacto dentro de las enfermedades
cardiovasculares. Suele diagnosticarse a personas mayores de 55 (Sakalihasan et al., 2011)años y los criterios clínicos actuales se basan en el control del diámetro máximo y de la tasa
de crecimiento de este. (Vilalta et al., 2010)
RESULTADOS
CASO 01 CASO 02 CASO 03 CASO 04 CASO 05
3D
MAX-MIN 1,025 - 0 m/s21,968 - 0 m/s2 9,240 - 0 m/s2 0,783 - 0 m/s2 3,399 - 0 m/s2
PUNTO MAX Bifurcaciones iliacas Bifurcaciones iliacas
Reparación por "stent".
Las velocidades máximas
se encuentran en él.
Zona infrarrenal y
bifurcación iliaca.Bifurcación iliaca.
3D
MAX-MIN 17000 - 10790 Pa 17970 - 10960 Pa 16710 - 10760 Pa 16670 - 10810 Pa 31040 - 8289 Pa
PUNTO MAX Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno Todo el contorno
3D
MAX-MIN 13,87 - 0 Pa 26,98 - 0 Pa 27,17 - 0 Pa 11,38 - 0 Pa 61,14 - 0 Pa
PUNTO MAX Bifurcaciones iliacas Bifurcaciones iliacas
Reparación por "stent".
Las tensiones
tangenciales máximas se
encuentran en él.
Zona infrarrenal y
bifurcación iliaca.Bifurcación iliaca.
VEL
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WSS
CASO 01, 02 y 04: AAA con mayores velocidades y WSS en la bifurcacióniliaca.CASO 03: Reparación endovascular. Velocidades y WSS máximas en lareparación.CASO 05: Aorta abdominal sana. Sometida a presiones y WSS más altasque un caso de AAA.
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01 2,324 0,495 0,695 0,602 0,037 0,889 1,387 0,632 0,325
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Factores Biomecánicos Geométricos
CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍAEl análisis biomecánico sirve para dar ayuda al diagnóstico de la posibleruptura de las AAA gracias a la creación de una herramienta de soporte a ladecisión que calcula los índices de ruptura. Además, la utilización desoftware de imágenes médicas aporta información tridimensional. Lassimulaciones por CFD ofrece información más enriquecida, como aquellospuntos donde las velocidades, tensiones tangenciales y presiones son losmáximos, y por lo tanto, son puntos críticos o candidatos a la ruptura. Losmáximos valores de estas variables se producen en la fase sistólica.
Vilalta, G., Nieto, F., Vaquero, C., & Vilalta Alonso, J. (2010). Quantitative indicator of abdominal aortic aneurysm rupture risk based on itsgeometric parameters. International Journal of Medical, Health, Biomedical, Bioengineering and Pharmaceutical Engineering. World Academyof Science, Engineering and Technology., 4, 181–185.Sakalihasan, N., Kuivaniemi, H., Nusgens, B., Durieux, R., & Defraigne, J.-O. (2011). Aneurysm: Epidemiology Aetiology and Pathophysiology. InT. McGloughlin (Ed.), Biomechanics and Mechanobiology of Aneurysms (pp. 1–33). Springer Berlin Heidelberg.https://doi.org/10.1007/8415_2010_47Kleinstreuer, C., & Li, Z. (2006). Analysis and computer program for rupture-risk prediction of abdominal aortic aneurysms. BioMedicalEngineering Online, 5, 19. https://doi.org/10.1186/1475-925X-5-19Gabriela Ortiz León, Daniel Araya Luna, M. V. M. (2014). Revisión de modelos teóricos de la dinámica de fluidos asociada al flujo de sangre -Dialnet. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4835494Leung, J. H., Wright, A. R., Cheshire, N., Crane, J., Thom, S. A., Hughes, A. D., & Xu, Y. (2006a). Fluid structure interaction of patient specificabdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models. https://doi.org/10.1186/1475-925X-5-33
• Diámetro Max• Diámetro Luz• Diámetro
infrarrenal• Espesor pared• Longitud AAA• Longitud Anterior
ANÁLISIS DE IMÁGENES CLINICAS Y REPRESENTACIÓN 3DEXTRACCIÓN VARIABLES Y CÁLCULO ÍNDICE DE RUPTURA
DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL (CFD) EN AAA
DEFINICIÓN CONDICIONES DE CONTORNO EN AAA
El estudio consta de 10 pruebas diagnósticas de aortasabdominales. Se realiza la segmentación de la AAA y lumen.
Proceso de simulación del fluidosanguíneo en el lumen de la AAA. Secalculan las variables de velocidades,presiones y tensiones tangenciales (WSS).
Se obtienen los valores de las variables geométricas de la AAA
propuestas por (Vilalta et al., 2012) y (Kleinstreuer & Li, 2006) y
se introducen a la herramienta AAARiskRupture para calcular losfactores biomecánicos geométricos (FBG) y los índices de ruptura.
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