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Tipo: Tese
Título: Um algoritmo baseado em otimização para construção de modelos de árvores arteriais com nexo em hemodinâmica computacional
Autor(es): Anjos, Patrícia Fonseca de Brito
Primeiro Orientador: Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
Co-orientador: Santos, Rodrigo Weber dos
Membro da banca: Christo, Eliane da Silva
Membro da banca: Toffolo, Túlio Ângelo Machado
Membro da banca: Igreja, Iury Higor Aguiar da
Membro da banca: Rocha, Bernardo Martins
Resumo: 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.
Abstract: Computational modeling of blood flow in arterial trees of the circulatory system aims to understand this complex system, which can assist in the treatment of vascular diseases. Therefore, the construction of arterial tree models is mandatory to represent the vascular network in detail of anatomical domains with scarcity of morphometric data of the vessels. In the literature, there are the following classes of arterial trees models: anatomical, lumped parameter, fractal, and optimized. In the context of the optimized model, the models generated by the CCO (Constrained Constructive Optimization) method can reproduce of reproducing morphometric and hemodynamic characteristics of real arterial trees. This work proposes an algorithm based on the CCO method capable of generating models of arterial trees in 2D/3D domains not necessarily convex under the following conditions: fixed radius of the root segment, distinct flows in the terminal segments and different exponents in the bifurcation law during the growth of the tree. This algorithm is called VCCO (Variant of the Constrained Constructive Optimization). Morphometric data of the models generated by the algorithm were compared with real data from coronary artery trees. Regarding hemodynamics, vascular impedance in arterial tree models was calculated and compared with experimental and numerical data. Finally, pulsatile flow simulations were performed using an analytical method and arterial tree models as a geometric substrate. The morphometric and hemodynamic results obtained in this work agree with numerical and experimental data in the literature, which suggests that the algorithm VCCO produces reliable models that can be used in hemodynamic simulations.
Palavras-chave: Árvore arterial
Otimização
Hemodinâmica computacional
Arterial tree
Optimization
Computational hemodynamics
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2021/00036
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13143
Data do documento: 9-Jul-2021
Aparece nas coleções:Doutorado em Modelagem Computacional (Teses)



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