ADAN:um modelo anatomicamente detalhado da rede arterial humana para hemodinâmica computacional

• Main Author: Watanabe, Mário Sansuke Maranhão
• Other Authors: Blanco, Pablo Javier
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Laboratório Nacional de Computação Científica 2015
• Subjects: Hemodinâmica - Simulação por computador; Anatomia; Sistema cardiovascular; Anatomy; Cardiovascular system; Hemodynamics; CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MORFOLOGIA::ANATOMIA::ANATOMIA HUMANA
• Online Access: https://tede.lncc.br/handle/tede/161

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese part1.pdf: 16560182 bytes, checksum: b1b85ba9cf99cc97cd1daa82ff037abf (MD5) Previous issue date: 2013-05-10 === This work presents an anatomically detailed arterial network model denoted by the acronym ADAN. The ADAN is a computational model of the human arterial system provided by an unprecedented anatomically detailed arterial network in cardiovascular research and carried out in order to simulate blood flow. This work is focused in two main points: (1) the complexity of the arterial network on top of which a one-dimensional mathematical model is used to perform blood flow simulations and (2) the boundary conditions of the one-dimensional model for which criteria and methodologies were developed to define and impose an effective blood flow distribution. With regard to topologial aspects, the anatomically-based arterial network comprises almost all arteries reported in the medical literature. In other words, this is the most complete human arterial model developed up to date. The ADAN model includes 2142 vessels from the vasculatures of the the head, trunk, limbs, abdominal organs, brain an heart. The develpment of this detailed arterial network needed the anatomical literature approved by the medical comunity and practices of anatomy by means of dissections of real specimens as well. The blood flow is modeled as flow of an incompressible fluid through compliant vessels. A one-dimensional approximation of blood flow is adopted in order to describe the flow rate, pressure and arterial lumen through the arterial tree in a distributed way. In order to deal with the boundaries conditions at the end points where the network was truncated, an innovative approach based on the Vascular Territories Theory was developed taking into account stringent physiological and anatomical criteria. Moreover, an algorithm for indetification of vascular territories resistances was also developed. Those two main points provided such a model of the arterial system able to simulate and to predict hemodynamics results at impossible placements through the existing models up to now. Besides, as result of an comprehensive research to find geometrical parameters of the model, the present work provides an wide morphometrical database of the human arterial system. The ADAN model can be used by medical doctors, physiologists, biomedical engineers and cardiovascular researchers as a computational hemodinamics laboratory of the entire human arterial tree. In addition, almost as a corollary, the ADAN model can also be explored for medical educational purposes. === Este trabalho apresenta um modelo anatomicamente detalhado da rede arterial humana denominado pelo acrônimo ADAN. O ADAN é um modelo computacional do sistema arterial provido de um detalhamento anatômico sem precedentes na área da pesquisa em modelagem cardiovascular, desenvolvido para fins de simulações hemodinâmicas. O foco do trabalho está: (1) na complexidade da rede arterial sobre a qual se utiliza um modelo matemático unidimensional para simular o escoamento sanguíneo e (2) na modelagem das condições de contorno do problema de forma a prover critérios e metodologias para definir e impor uma dada distribuição efetiva do fluxo de sangue. Para tratar o aspecto da topologia, foi desenvolvida uma rede arterial com base na anatomia descritiva contendo a quase totalidade das artérias conhecidas e catalogadas na literatura médica, o que implica no modelo arterial humano mais completo já desenvolvido. Isto inclui 2.142 vasos que abrangem desde a vascularização da cabeça, tronco e membros até a rede arterial dos órgãos abdominais, cérebro e coronárias. No desenvolvimento desta rede arterial detalhada foram empregadas as referências anatômicas mais recomendadas e adotadas pela comunidade médica, assim como foram realizadas sessões práticas de estudos da anatomia humana em espécimes reais. O escoamento sanguíneo é modelado como o fluxo de um fluido incompressível em vasos complacentes. Uma aproximação de escoamento unidimensional é adotada, o que permite descrever de forma distribuída o fluxo, pressão e lumem arterial ao longo de toda a árvore. Para tratar o aspecto das condições de contorno em segmentos terminais onde a rede foi truncada, foi desenvolvida uma metodologia inovadora com base na Teoria dos Territórios Vasculares, levando em conta rigorosos critérios da anatomia vascular periférica e da fisiologia. Além disso, foi desenvolvido um procedimento algorítmico para a identificação dos parâmetros resistivos do modelo Windkessel para os leitos periféricos. Assim, estes dois aspectos citados conduziram a um modelo do sistema arterial capaz de simular, descrever e predizer resultados hemodinâmicos em regiões anatômicas antes impossíveis pelos modelos existentes. Além disso, como resultado de uma extensa pesquisa no processo de calibração geométrica do modelo, o trabalho disponibiliza uma ampla base de dados morfométricos da rede arterial humana, cujas informações, até o momento, somente eram encontradas em publicações dispersas tanto da literatura médica quanto da modelagem do sistema cardiovascular. O modelo ADAN da rede arterial humana pode ser utilizado com um laboratório de hemodinâmica computacional com um nível de abrangência tal que possa ser empregado por médicos, fisiologistas, engenheiros biomédicos ou outros profissionais envolvidos com a pesquisa cardiovascular. Além disso, quase como um corolário, o modelo ADAN presta-se, ainda, para finalidades didáticas na formação de recursos humanos em medicina, uma vez que possui características de um atlas tridimensional interativo e provido de modelo matemático-computacional da rede arterial humana.