Simulación numérica de flujo sanguíneo: una herramienta útil en cirugía vascular

Resumen

Objetivos

Revisar el método y las herramientas con las que se trabaja en la simulación numérica aplicada al estudio del flujo sanguíneo y mostrar su utilidad mediante el análisis de una aplicación sencilla en el campo de la cirugía vascular.

Desarrollo

Se exponen los pasos que conducen a la construcción del modelo que se va a analizar, los fundamentos físicos y las magnitudes, que se determinan mediante los métodos matemáticos de cálculo. Se analiza una derivación implantada en un tramo arterial con una estenosis del 75% y un injerto de igual diámetro que el de la arteria, se comparan dos opciones posibles con ángulos distintos entre el injerto y la arteria en la anastomosis distal y se evalúan las zonas con flujo retrógrado y tensiones de cizallamiento anormalmente bajas. Se utiliza un modelo geométrico simplificado en dos dimensiones, y el análisis se realiza con los programas informáticos GID y FAUST.

Conclusiones

Se pone de manifiesto la utilidad de la simulación numérica en los estudios hemodinámicos. Una de sus posibilidades es la de permitir al cirujano tener un conocimiento aproximado de las condiciones hemodinámicas y mecánicas que se darán tras la implantación de una derivación. En el ejemplo analizado se han detectado dos zonas donde se dan condiciones hemodinámicas favorables a la hiperplasia intimal (HI) durante buena parte del ciclo cardíaco, en buena correspondencia con los datos clínicos que aporta la literatura. Estas condiciones son más favorables a la HI cuanto mayor es el ángulo de incidencia en la anastomosis distal.

Summery

Aims

The aim of this paper is to survey the method and the tools used in numerical simulation applied to the study of blood flow and to illustrate their usefulness by analysing a simple application in the field of vascular surgery.

Development

We describe the steps that lead to the construction of the model to be analysed, and the physical foundations and the magnitudes, which are determined by mathematical calculations. We analyse a shunt that was implanted in a section of artery with 75% stenosis and a graft with the same diameter as the artery; we compare two possible options with different angles between the graft and the artery in the distal anastomosis; and we assess the areas with a retrograde flow and abnormally low shear stresses. A simplified two-dimensional geometrical model is used, and the analysis is performed using the GID and FAUST computer applications.

Conclusions

The value of numerical simulation as a tool for use in haemodynamic studies is clearly demonstrated. One of the possibilities it offers is to enable the surgeon to gain an approximate idea of the haemodynamic and mechanical conditions that will occur after the implantation of a shunt. In the example analysed, two regions were detected in which the haemodynamic conditions were favourable for intimal hyperplasia (IH) throughout the better part of the heart cycle, which coincides well with the clinical data reported in the literature. The greater the angle of incidence in the distal anastomosis is, the more favourable these conditions will be for IH.

Resumo

Objectivos

Rever o método e as ferramentas com que se trabalham na simulação numérica aplicada ao estudo do fluxo sanguíneo, e mostrar a sua utilidade analisando uma aplicação simples no campo da cirurgia vascular.

Desenvolvimiento

Expõem-se ospassos que conduzem à construção do modelo a analisar, os fundamentos físicos e as magnitudes, que se determinam mediante os métodos matemáticos de cálculo. Analisa-se uma derivação implantada num canal arterial com uma estenose de 75% e um enxerto com igual diâmetro à artéria, comparam-se duas opções possíveis com àngulos distintos entre o enxerto e a artéria com a anastomose distal, e avaliam-se as zonas com fluxo retrógrado e tensões de cisalhamento anormalmente baixas. Utilizase um modelo geométrico simplificado bidimensional, e a análise é realizada com os programas informáticos GID e FAUST.

Conclusões

Evidenciase a utilidade da simulação numérica como ferramenta a utilizar nos estudos hemodinâmicos. Uma das suas possibilidades é a de permitir ao cirurgiao ter um conhecimento aproximado das condicoes hemodinàmicas e mecánicas que ocorrerao após o implante de uma derivacao. No exemplo analisado detectaramse duas zonas onde se verificam condicoes hemodinâmicas favoráveis á hiperplasia intimal (HI) durante boa parte do ciclo cardíaco, em boa correspondéncia com os dados clínicos apresentados na literatura. Estas condições são mais favoráveis à HI, quanto maior for o ângulo de incidéncia da anastomose distal.