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Tesi etd-11142019-172047


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
RICCI, ILARIA
URN
etd-11142019-172047
Title
Sviluppo e implementazione di un modello 4D di condizioni al contorno di ingresso per lo studio della fluidodinamica cardiovascolare
Struttura
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Supervisors
relatore Ing. Celi, Simona
Parole chiave
  • inlet boundary conditions
  • aorta
  • CFD
  • 4D flow MRI
Data inizio appello
06/12/2019;
Consultabilità
Secretata d'ufficio
Data di rilascio
06/12/2089
Riassunto analitico
Negli ultimi anni le tecniche di fluidodinamica computazionale sono state molto usate per costruire modelli computazionali complessi del sistema cardiovascolare e, in particolare, la loro combinazione con l'imaging medico è stata estensivamente sviluppata e applicata allo studio dell'emodinamica dell'aorta.
L'integrazione con i dati patient-specific ottenuti dall'imaging medico permette di ridurre assunzioni sul modello geometrico che potrebbero influenzare le caratteristiche del flusso e di ottenere patterns di flusso sanguigno altamente risolti in modelli anatomicamente realistici.
In questo scenario, di particolare importanza risulta la tecnica time-resolved (CINE) 3D PC-MRI (detta anche 4D Flow MRI) che oltre a fornire informazioni sull’anatomia in esame offre anche informazioni quantitative sul flusso lungo le tre direzioni spaziali.
In questo lavoro, le simulazioni di fluidodinamica computazionale e il 4D-Flow MRI sono integrati per studiare l'emodinamica di un soggetto sano, di un paziente affetto da coartazione aortica e di un paziente con aneurisma dell’aorta toracica ascendente. In particolare, è stato implementato e sviluppato un modello 4D di condizioni al contorno di ingresso, al fine di ottenere simulazioni simili all’in-vivo e quindi più realistiche rispetto a quelle ottenute applicando un profilo di flusso 2D, come riportato generalmente in letteratura. Le informazioni sperimentali estratte dai dati 4D Flow sono state utilizzate per ricavare i modelli geometrici patient-specific e per impostare le condizioni al contorno di ingresso e calcolare quelle di uscita.
Per ognuno dei tre modelli in studio sono state eseguite a titolo comparativo due differenti simulazioni numeriche, variando la condizione di ingresso imposta. Nel primo caso è stato seguito l’approccio più comune in letteratura, ovvero quello di impostare un profilo 2D di velocità, mentre nel secondo caso è stato usato un modello 4D di condizioni al contorno. Come condizione al contorno in uscita è stato invece usato per tutti i casi il modello di Windkessel a tre elementi.
I dati 4D Flow sono stati in seguito usati per il confronto con i risultati delle simulazioni eseguite, in modo da validare il metodo utilizzato. Il confronto tra i risultati in vivo e quelli della simulazione ha mostrato una maggiore accuratezza nel tratto dell'aorta ascendente in termini di mappe di velocità nel caso di ingresso 4D rispetto a quello 2D. L’imposizione di un modello 2D e quella di un modello 4D di condizioni al contorno di ingresso è risultata meno influente oltre il tratto dell’arco aortico.
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