Análisis de Modelos de Turbulencia para Simular Flujos Vortex Específicos del Paciente en la Coartación Aórtica
Autores: Skripka, Nikita; Khairulin, Aleksandr; Kuchumov, Alex G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de Modelos de Turbulencia para Simular Flujos Vortex Específicos del Paciente en la Coartación Aórtica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Aorta
Coartación
Parámetros hemodinámicos
Modelos de turbulencia
Flujo en remolino
Enfermedades cardiovasculares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 5
Citaciones: Sin citaciones
La coartación de la aorta es un estrechamiento localizado del lumen aórtico. Esta patología conduce a hipertensión en los vasos de las extremidades superiores, hipertrofia del ventrículo izquierdo y a una perfusión deficiente de la cavidad abdominal y las extremidades inferiores. Junto con los métodos de diagnóstico tradicionales, se utiliza la modelización matemática para la evaluación del riesgo y la predicción de los resultados de la enfermedad. Sin embargo, al aplicar modelos numéricos para describir parámetros hemodinámicos, la elección del modelo de turbulencia para describir el flujo turbulento que ocurre en la aorta en esta patología debe estar justificada. Así, se analizaron tres modelos de turbulencia, a saber, k-, k- y SST, para la descripción de flujos turbulentos en el estudio del efecto de la coartación sobre los parámetros hemodinámicos y el análisis de los mecanismos que conducen a diversas enfermedades cardiovasculares causadas por la hemodinámica alterada. Los resultados revelaron diferencias significativas en los patrones de flujo turbulento entre los modelos k- y k-, mientras que los modelos k- y SST mostraron resultados consistentes a lo largo del ciclo cardíaco. En la fase sistólica máxima, la velocidad promedio aumenta a 1.07-1.98 m·s-1 para el modelo k-, 0.82-2.12 m·s-1 para el modelo k-, 1.22-2.12 m·s-1 para el modelo SST y 0.8-2.12 m·s-1 para el flujo laminar. Los valores de WSS aumentan rápidamente a 11-22 Pa en el modelo k-, 25-50 Pa en los modelos k- y SST de turbulencia, y 30-55 Pa para el flujo laminar. También se evidenciaron diferencias significativas en la predicción del esfuerzo cortante en la pared, siendo el modelo k- el que proporciona valores más de dos veces superiores a los modelos k- y SST. Los datos obtenidos confirman la necesidad de una cuidadosa selección del modelo para una estimación precisa de los parámetros hemodinámicos, especialmente en la coartación. Los hallazgos de este estudio pueden ser utilizados para un análisis posterior de redes neuronales informadas por la física en la evaluación de tratamientos para pacientes con cardiopatías congénitas.
Descripción
La coartación de la aorta es un estrechamiento localizado del lumen aórtico. Esta patología conduce a hipertensión en los vasos de las extremidades superiores, hipertrofia del ventrículo izquierdo y a una perfusión deficiente de la cavidad abdominal y las extremidades inferiores. Junto con los métodos de diagnóstico tradicionales, se utiliza la modelización matemática para la evaluación del riesgo y la predicción de los resultados de la enfermedad. Sin embargo, al aplicar modelos numéricos para describir parámetros hemodinámicos, la elección del modelo de turbulencia para describir el flujo turbulento que ocurre en la aorta en esta patología debe estar justificada. Así, se analizaron tres modelos de turbulencia, a saber, k-, k- y SST, para la descripción de flujos turbulentos en el estudio del efecto de la coartación sobre los parámetros hemodinámicos y el análisis de los mecanismos que conducen a diversas enfermedades cardiovasculares causadas por la hemodinámica alterada. Los resultados revelaron diferencias significativas en los patrones de flujo turbulento entre los modelos k- y k-, mientras que los modelos k- y SST mostraron resultados consistentes a lo largo del ciclo cardíaco. En la fase sistólica máxima, la velocidad promedio aumenta a 1.07-1.98 m·s-1 para el modelo k-, 0.82-2.12 m·s-1 para el modelo k-, 1.22-2.12 m·s-1 para el modelo SST y 0.8-2.12 m·s-1 para el flujo laminar. Los valores de WSS aumentan rápidamente a 11-22 Pa en el modelo k-, 25-50 Pa en los modelos k- y SST de turbulencia, y 30-55 Pa para el flujo laminar. También se evidenciaron diferencias significativas en la predicción del esfuerzo cortante en la pared, siendo el modelo k- el que proporciona valores más de dos veces superiores a los modelos k- y SST. Los datos obtenidos confirman la necesidad de una cuidadosa selección del modelo para una estimación precisa de los parámetros hemodinámicos, especialmente en la coartación. Los hallazgos de este estudio pueden ser utilizados para un análisis posterior de redes neuronales informadas por la física en la evaluación de tratamientos para pacientes con cardiopatías congénitas.