Liver radioembolization: Computational particle–hemodynamics studies in a patient-specific hepatic artery under literature-based cancer scenarios.

Liver radioembolization is a promising treatment for combating primary and metastatic liver tumors. It consists of administering radioactive microspheres via an intraarterially placed microcatheter with the aim of lodging these microspheres, which are driven by the arterial bloodstream, in the tumoral bed. The position of the microcatheter and the microsphere injection velocity are decided during a pretreatment assessment, by which the treatment is mimicked via the infusion of macroaggregated albumin microparticles. It is assumed that the pretreatment microcatheter placement and microsphere injection velocity are reproduced during the treatment. Even though it is a safe and effective treatment, some complications (e.g., radiation-induced hepatitis or pneumonitis, gastrointestinal ulcers, etc.) may arise due to nontarget radiation, which can occur due to differences between pretreatment and treatment injection conditions related to microcatheter placement, the injection itself, and the patient’s bloodstream. In terms of microcatheter placement, there are a number of parameters that can vary from pretreatment to treatment. Of those, the ones that are of special interest in this thesis are the longitudinal and radial position of the microcatheter tip, the microcatheter’s distal direction, the expandable-tip presence (for antireflux catheters only), and the tip orientation (for angled-tip microcatheters only). As for the injection itself, of the parameters that can be modified, this thesis is most concerned with two of them: the quantity and size of the microagent, and the particle injection velocity. With regard to the bloodstream, the arterial blood flow conditions might vary, e.g., due to microsphere-caused embolization of arterioles, leading to a reflux of microspheres. Any alteration in these parameters may be responsible for nontarget radiation and therefore radiation-induced complications. In order to reduce these radiation-induced complications, it has been suggested that the pretreatment injection conditions be matched as closely as possible during treatment. An alternative solution is to modify the design of microcatheters. For instance, it has been reported that using an antireflux catheter has eliminated particle reflux. The aim of this thesis is to analyze the influence of the abovementioned parameters on microsphere distribution via computational fluid–particle dynamics simulations. The thesis is divided into four major studies, each of which follows the same numerical strategy (i.e., the liver radioembolization is simulated in a patient-specific hepatic artery model under literature-based liver cancer scenarios). The first study analyzes the pretreatment as an actual treatment surrogate, the second analyzes the influence of an antireflux catheter, the third investigates the influence of the microcatheter distal direction and the injection point and velocity, and the last one explores the influence of an angled-tip microcatheter. Furthermore, prior to conducting these four studies, a methodology was developed to define realistic boundary conditions for numerical simulations in hepatic arteries. For the study on the pretreatment, results suggest that microcatheter placement is of paramount importance, both in terms of its location in the artery (near a bifurcation or not) and in the longitudinal shifting in microcatheter tip locations between pretreatment and actual treatment. Moreover, the higher the cancer burden, the better the tumor targeting because of the enhanced particle transport power. For the study on antireflux catheter influence, the main conclusion that can be drawn is that injecting from a sufficiently long and tortuous artery branch may ensure a downstream particle distribution that matches flow split, almost regardless of catheter type due to the likely adequate conditions for microsphere redistribution in the bloodstream. With regard to the third study, despite the importance of microcatheter tip position, microcatheter direction and injection velocity seem also to play an important role in particle distribution; results show that unintentional modifications to microcatheter tip and direction and injection velocity during tumor targeting may influence procedure outcome. The final study involving the angled-tip microcatheter shows that the higher the injection velocity the more spread out the particle distribution across cross-sectional areas of artery lumen. Moreover, when only focusing on tip orientation, it is not possible to accurately predict which branch of the bifurcation will take the particles because the complex geometry of hepatic arteries makes the bloodstream take the form of helical and chaotic streamlines. This means that the particle pathlines are not initially intuitive, even though the particle distribution will be similar to flow split.La radioembolización hepática es un tratamiento para combatir tumores hepáticos primarios y metástasis hepáticas. Consiste en administrar microesferas radiactivas mediante un microcatéter situado en la arteria hepática, de modo que esas microesferas, que son llevadas por la corriente sanguínea, se depositan en la malla tumoral. La posición del microcatéter y la velocidad de inyección de las partículas se deciden durante el pretratamiento, mediante el cual se emula el tratamiento por medio de la infusión de micropartículas de macroagregados de albúmina. Se supone que tanto la posición del microcatéter como la velocidad de inyección se repiten durante el tratamiento. Aunque sea un tratamiento seguro y efectivo, pueden aparecer complicaciones (hepatitis, neumonitis, úlceras gastrointestinales, etc.) por la irradiación de zonas que no debían irradiarse. Esta irradiación no deseada puede deberse a diferencias entre las condiciones de la inyección del pretratamiento y las del tratamiento. Esas condiciones son: el posicionamiento del microcatéter, la inyección y el flujo sanguíneo. En lo que respecta al posicionamiento del microcatéter, los parámetros que pueden variar del pretratamiento al tratamiento, entre otros, son: las posiciones longitudinal y radial de la punta del microcatéter, el direccionamiento distal del microcatéter, la presencia de una punta expandible (para el caso del catéter antirreflujo) y la orientación de la punta del microcatéter (sólo para los microcatéteres con la punta a 45º). En cuanto a la inyección, los parámetros que pueden ser alterados son: el tamaño y la cantidad del microagente inyectado, y la velocidad de inyección de las partículas, entre otros. En cuanto al flujo sanguíneo, éste puede variar, por ejemplo, debido a la embolización de las arteriolas, lo que puede conllevar el reflujo de partículas. La variación de los citados parámetros puede ocasionar irradiación no deseada, lo que conlleva complicaciones debidas a dicha irradiación. Para reducir estas complicaciones, por un lado se ha recomendado ajustar, durante el tratamiento, la posición del microcatéter y la velocidad de inyección definidas durante el pretratamiento. Por otro lado, se han propuesto diferentes diseños de microcatéteres. Por ejemplo, el reflujo de partículas se ha eliminado gracias al catéter antirreflujo. El objetivo de esta tesis es analizar la influencia de los parámetros citados en la distribución de microesferas mediante simulaciones numéricas del flujo de sangre con transporte de partículas. La tesis se divide en cuatro estudios que siguen la misma estrategia de simulación; es decir, la radioembolización es simulada en un modelo de arteria hepática específica de paciente bajo unos escenarios de cáncer basados en la literatura. El primer estudio analiza las diferencias que pueden darse entre el pretratamiento y el tratamiento. El segundo, estudia la influencia del catéter antirreflujo. El tercero, la influencia de la dirección distal del microcatéter, del punto de inyección y de la velocidad de inyección; y el cuarto, la influencia del microcatéter acabado con la punta a 45º. Además, antes de llevar a cabo estos cuatro estudios se tuvo que desarrollar una metodología para definir condiciones de contorno realistas aplicables a simulaciones numéricas en arterias hepáticas. En lo que respecta al estudio sobre el pretratamiento, los resultados muestran que la posición del microcatéter es muy importante, tanto en su posición en la arteria (cerca o lejos de una bifurcación) como en pequeños movimientos longitudinales de la punta del microcatéter entre el pretratamiento y el tratamiento. Además, cuanto mayor es el volumen de cáncer, tanto mayor es la capacidad de llegar a los tumores porque aumenta la capacidad de transportar las partículas. En cuanto al estudio sobre el catéter antirreflujo, la conclusión principal es que inyectar en una arteria lo suficientemente larga y tortuosa posibilita el alineamiento de las partículas con el flujo; de modo que, sea cual sea el catéter empleado para la inyección, la distribución de partículas tiende a parecerse a la distribución del flujo de sangre. Con respecto al tercer estudio, se concluye que a pesar de la importancia de la posición de la punta del microcatéter, también son importantes tanto la dirección distal del microcatéter como la velocidad de inyección de las partículas. Así, variaciones involuntarias de cualquiera de los tres parámetros puede conllevar resultados no deseados en el tratamiento. Por último, el cuarto estudio muestra que cuanto mayor es la velocidad de inyección de las partículas, más esparcidas viajan las partículas en el lumen de la arteria. Además, fijándose únicamente en la orientación de la punta del microcatéter no es posible predecir la rama de la bifurcación que van a tomar las partículas porque la complejidad de la geometría de las arterias hepáticas hace que el flujo sanguíneo tome estructuras hemodinámicas helicoidales y caóticas, por lo que la trayectoria de las partículas no es intuitiva, aunque la distribución de las partículas será similar a la del flujo de sangre

Modelado y Análisis Numérico-Experimental de la Interacción Ventilador Axial-Chapa Perforada en Sistemas Electrónicos.

El trabajo presentado en esta tesis se centra en la técnica de refrigeración basada en convección forzada de aire por medio de un ventilador axial (axial fan cooling) a nivel de subrack. El ventilador puede trabajar de dos formas distintas desde el punto de vista de su colocación: bien aspirando aire del sistema (pull configuration) o bien empujando aire al sistema (push configuration). Una de las principales diferencias entre ambas disposiciones se refiere al tipo de flujo que recibe el sistema en una y otra disposición, puesto que el flujo de entrada a un ventilador es principalmente unidireccional y en la salida sin embargo el flujo es muy caótico y tiene una gran componente tangencial. La problemática a la hora de realizar un diseño térmico mediante esta técnica surge debido a varios motivos como el tener que cumplir requerimientos de seguridad electromagnética, asegurar un adecuado flujo de aire para la refrigeración de los componentes o también el poco volumen del dispositivo electrónico que los clientes demandan. Para la seguridad electromagnética se utiliza una chapa perforada (EMC screen) y debido a la escasez de espacio se coloca muy próxima al ventilador. Desde el punto de vista hidráulico el colocar esta chapa resulta perjudicial. Por un lado puede afectar negativamente al rendimiento o a la curva característica del ventilador, y por otro, cuando la chapa está situada en la salida del ventilador la predicción de la caída de presión en la chapa perforada y del campo de velocidades a la salida de ésta es incierta debido a la fuerte componente tangencial del flujo. La presente tesis trata de solucionar mediante mediciones experimentales y técnicas de CFD la problemática entorno a este tipo de refrigeración. Para ello el trabajo realizado se ha dividido en dos estudios principales: el primero modela la influencia de la chapa en el rendimiento del ventilador y el segundo obtiene un modelado compacto (en forma de coeficientes de pérdidas de carga para las tres direcciones de un medio poroso) de la chapa perforada. Este modelo es rápido, robusto y puede ser utilizado dentro del modelado de un sistema electrónico. De cara a la realización de ambos estudios, se han diseñado y construido dos bancos de ensayos para la realización de dos análisis paramétricos experimentales. Basándose en las mediciones realizadas dentro del primer análisis paramétrico experimental se han presentado las influencias de los distintos parámetros sobre el rendimiento del conjunto chapa perforada-ventilador axial. De los resultados se han obtenido y presentado unas correlaciones para modelar la curva característica de dicho conjunto chapa perforada-ventilador. En esto ha consistido el primer estudio. El segundo análisis paramétrico experimental se ha realizado mediante la técnica de PIV y ha servido para la posterior validación del modelado matemático de CFD realizado de dichos experimentos. Gracias a esta validación se ha podido realizar un posterior estudio paramétrico numérico, utilizando un dominio 3D en el que la chapa perforada se ha modelado en detalle. A la hora de diseñar dicho estudio numérico ha sido utilizada la técnica de Diseño de Experimentos. Se ha obtenido la influencia de varios parámetros en la caída de presión de la chapa y en el campo de velocidades a la salida de la chapa perforada. Por otro lado, en base a las simulaciones realizadas se han obtenido los coeficientes de pérdidas de carga del modelado compacto (medio poroso) para cada geometría y condiciones de flujo. Por último, en base a estos coeficientes se han conseguido las correlaciones que dan los valores de estos coeficientes en función de los distintos parámetros geométricos y de operación incluidos en el segundo estudio paramétrico. En esto ha consistido el segundo estudio. Se considera que los resultados obtenidos son una herramienta de interés a la vez que útil para los diseñadores térmicos de equipos electrónicos

Modelado y Análisis Numérico-Experimental de la Interacción Ventilador Axial-Chapa Perforada en Sistemas Electrónicos.

El trabajo presentado en esta tesis se centra en la técnica de refrigeración basada en convección forzada de aire por medio de un ventilador axial (axial fan cooling) a nivel de subrack. El ventilador puede trabajar de dos formas distintas desde el punto de vista de su colocación: bien aspirando aire del sistema (pull configuration) o bien empujando aire al sistema (push configuration). Una de las principales diferencias entre ambas disposiciones se refiere al tipo de flujo que recibe el sistema en una y otra disposición, puesto que el flujo de entrada a un ventilador es principalmente unidireccional y en la salida sin embargo el flujo es muy caótico y tiene una gran componente tangencial. La problemática a la hora de realizar un diseño térmico mediante esta técnica surge debido a varios motivos como el tener que cumplir requerimientos de seguridad electromagnética, asegurar un adecuado flujo de aire para la refrigeración de los componentes o también el poco volumen del dispositivo electrónico que los clientes demandan. Para la seguridad electromagnética se utiliza una chapa perforada (EMC screen) y debido a la escasez de espacio se coloca muy próxima al ventilador. Desde el punto de vista hidráulico el colocar esta chapa resulta perjudicial. Por un lado puede afectar negativamente al rendimiento o a la curva característica del ventilador, y por otro, cuando la chapa está situada en la salida del ventilador la predicción de la caída de presión en la chapa perforada y del campo de velocidades a la salida de ésta es incierta debido a la fuerte componente tangencial del flujo. La presente tesis trata de solucionar mediante mediciones experimentales y técnicas de CFD la problemática entorno a este tipo de refrigeración. Para ello el trabajo realizado se ha dividido en dos estudios principales: el primero modela la influencia de la chapa en el rendimiento del ventilador y el segundo obtiene un modelado compacto (en forma de coeficientes de pérdidas de carga para las tres direcciones de un medio poroso) de la chapa perforada. Este modelo es rápido, robusto y puede ser utilizado dentro del modelado de un sistema electrónico. De cara a la realización de ambos estudios, se han diseñado y construido dos bancos de ensayos para la realización de dos análisis paramétricos experimentales. Basándose en las mediciones realizadas dentro del primer análisis paramétrico experimental se han presentado las influencias de los distintos parámetros sobre el rendimiento del conjunto chapa perforada-ventilador axial. De los resultados se han obtenido y presentado unas correlaciones para modelar la curva característica de dicho conjunto chapa perforada-ventilador. En esto ha consistido el primer estudio. El segundo análisis paramétrico experimental se ha realizado mediante la técnica de PIV y ha servido para la posterior validación del modelado matemático de CFD realizado de dichos experimentos. Gracias a esta validación se ha podido realizar un posterior estudio paramétrico numérico, utilizando un dominio 3D en el que la chapa perforada se ha modelado en detalle. A la hora de diseñar dicho estudio numérico ha sido utilizada la técnica de Diseño de Experimentos. Se ha obtenido la influencia de varios parámetros en la caída de presión de la chapa y en el campo de velocidades a la salida de la chapa perforada. Por otro lado, en base a las simulaciones realizadas se han obtenido los coeficientes de pérdidas de carga del modelado compacto (medio poroso) para cada geometría y condiciones de flujo. Por último, en base a estos coeficientes se han conseguido las correlaciones que dan los valores de estos coeficientes en función de los distintos parámetros geométricos y de operación incluidos en el segundo estudio paramétrico. En esto ha consistido el segundo estudio. Se considera que los resultados obtenidos son una herramienta de interés a la vez que útil para los diseñadores térmicos de equipos electrónicos

Examen Termodinámica mayo 2013

Examen final Termodinámica curso 2012-2013, convocatoria ordinari

Liver radioembolization: Computational particle–hemodynamics studies in a patient-specific hepatic artery under literature-based cancer scenarios.

Liver radioembolization is a promising treatment for combating primary and metastatic liver tumors. It consists of administering radioactive microspheres via an intraarterially placed microcatheter with the aim of lodging these microspheres, which are driven by the arterial bloodstream, in the tumoral bed. The position of the microcatheter and the microsphere injection velocity are decided during a pretreatment assessment, by which the treatment is mimicked via the infusion of macroaggregated albumin microparticles. It is assumed that the pretreatment microcatheter placement and microsphere injection velocity are reproduced during the treatment. Even though it is a safe and effective treatment, some complications (e.g., radiation-induced hepatitis or pneumonitis, gastrointestinal ulcers, etc.) may arise due to nontarget radiation, which can occur due to differences between pretreatment and treatment injection conditions related to microcatheter placement, the injection itself, and the patient’s bloodstream. In terms of microcatheter placement, there are a number of parameters that can vary from pretreatment to treatment. Of those, the ones that are of special interest in this thesis are the longitudinal and radial position of the microcatheter tip, the microcatheter’s distal direction, the expandable-tip presence (for antireflux catheters only), and the tip orientation (for angled-tip microcatheters only). As for the injection itself, of the parameters that can be modified, this thesis is most concerned with two of them: the quantity and size of the microagent, and the particle injection velocity. With regard to the bloodstream, the arterial blood flow conditions might vary, e.g., due to microsphere-caused embolization of arterioles, leading to a reflux of microspheres. Any alteration in these parameters may be responsible for nontarget radiation and therefore radiation-induced complications. In order to reduce these radiation-induced complications, it has been suggested that the pretreatment injection conditions be matched as closely as possible during treatment. An alternative solution is to modify the design of microcatheters. For instance, it has been reported that using an antireflux catheter has eliminated particle reflux. The aim of this thesis is to analyze the influence of the abovementioned parameters on microsphere distribution via computational fluid–particle dynamics simulations. The thesis is divided into four major studies, each of which follows the same numerical strategy (i.e., the liver radioembolization is simulated in a patient-specific hepatic artery model under literature-based liver cancer scenarios). The first study analyzes the pretreatment as an actual treatment surrogate, the second analyzes the influence of an antireflux catheter, the third investigates the influence of the microcatheter distal direction and the injection point and velocity, and the last one explores the influence of an angled-tip microcatheter. Furthermore, prior to conducting these four studies, a methodology was developed to define realistic boundary conditions for numerical simulations in hepatic arteries. For the study on the pretreatment, results suggest that microcatheter placement is of paramount importance, both in terms of its location in the artery (near a bifurcation or not) and in the longitudinal shifting in microcatheter tip locations between pretreatment and actual treatment. Moreover, the higher the cancer burden, the better the tumor targeting because of the enhanced particle transport power. For the study on antireflux catheter influence, the main conclusion that can be drawn is that injecting from a sufficiently long and tortuous artery branch may ensure a downstream particle distribution that matches flow split, almost regardless of catheter type due to the likely adequate conditions for microsphere redistribution in the bloodstream. With regard to the third study, despite the importance of microcatheter tip position, microcatheter direction and injection velocity seem also to play an important role in particle distribution; results show that unintentional modifications to microcatheter tip and direction and injection velocity during tumor targeting may influence procedure outcome. The final study involving the angled-tip microcatheter shows that the higher the injection velocity the more spread out the particle distribution across cross-sectional areas of artery lumen. Moreover, when only focusing on tip orientation, it is not possible to accurately predict which branch of the bifurcation will take the particles because the complex geometry of hepatic arteries makes the bloodstream take the form of helical and chaotic streamlines. This means that the particle pathlines are not initially intuitive, even though the particle distribution will be similar to flow split.La radioembolización hepática es un tratamiento para combatir tumores hepáticos primarios y metástasis hepáticas. Consiste en administrar microesferas radiactivas mediante un microcatéter situado en la arteria hepática, de modo que esas microesferas, que son llevadas por la corriente sanguínea, se depositan en la malla tumoral. La posición del microcatéter y la velocidad de inyección de las partículas se deciden durante el pretratamiento, mediante el cual se emula el tratamiento por medio de la infusión de micropartículas de macroagregados de albúmina. Se supone que tanto la posición del microcatéter como la velocidad de inyección se repiten durante el tratamiento. Aunque sea un tratamiento seguro y efectivo, pueden aparecer complicaciones (hepatitis, neumonitis, úlceras gastrointestinales, etc.) por la irradiación de zonas que no debían irradiarse. Esta irradiación no deseada puede deberse a diferencias entre las condiciones de la inyección del pretratamiento y las del tratamiento. Esas condiciones son: el posicionamiento del microcatéter, la inyección y el flujo sanguíneo. En lo que respecta al posicionamiento del microcatéter, los parámetros que pueden variar del pretratamiento al tratamiento, entre otros, son: las posiciones longitudinal y radial de la punta del microcatéter, el direccionamiento distal del microcatéter, la presencia de una punta expandible (para el caso del catéter antirreflujo) y la orientación de la punta del microcatéter (sólo para los microcatéteres con la punta a 45º). En cuanto a la inyección, los parámetros que pueden ser alterados son: el tamaño y la cantidad del microagente inyectado, y la velocidad de inyección de las partículas, entre otros. En cuanto al flujo sanguíneo, éste puede variar, por ejemplo, debido a la embolización de las arteriolas, lo que puede conllevar el reflujo de partículas. La variación de los citados parámetros puede ocasionar irradiación no deseada, lo que conlleva complicaciones debidas a dicha irradiación. Para reducir estas complicaciones, por un lado se ha recomendado ajustar, durante el tratamiento, la posición del microcatéter y la velocidad de inyección definidas durante el pretratamiento. Por otro lado, se han propuesto diferentes diseños de microcatéteres. Por ejemplo, el reflujo de partículas se ha eliminado gracias al catéter antirreflujo. El objetivo de esta tesis es analizar la influencia de los parámetros citados en la distribución de microesferas mediante simulaciones numéricas del flujo de sangre con transporte de partículas. La tesis se divide en cuatro estudios que siguen la misma estrategia de simulación; es decir, la radioembolización es simulada en un modelo de arteria hepática específica de paciente bajo unos escenarios de cáncer basados en la literatura. El primer estudio analiza las diferencias que pueden darse entre el pretratamiento y el tratamiento. El segundo, estudia la influencia del catéter antirreflujo. El tercero, la influencia de la dirección distal del microcatéter, del punto de inyección y de la velocidad de inyección; y el cuarto, la influencia del microcatéter acabado con la punta a 45º. Además, antes de llevar a cabo estos cuatro estudios se tuvo que desarrollar una metodología para definir condiciones de contorno realistas aplicables a simulaciones numéricas en arterias hepáticas. En lo que respecta al estudio sobre el pretratamiento, los resultados muestran que la posición del microcatéter es muy importante, tanto en su posición en la arteria (cerca o lejos de una bifurcación) como en pequeños movimientos longitudinales de la punta del microcatéter entre el pretratamiento y el tratamiento. Además, cuanto mayor es el volumen de cáncer, tanto mayor es la capacidad de llegar a los tumores porque aumenta la capacidad de transportar las partículas. En cuanto al estudio sobre el catéter antirreflujo, la conclusión principal es que inyectar en una arteria lo suficientemente larga y tortuosa posibilita el alineamiento de las partículas con el flujo; de modo que, sea cual sea el catéter empleado para la inyección, la distribución de partículas tiende a parecerse a la distribución del flujo de sangre. Con respecto al tercer estudio, se concluye que a pesar de la importancia de la posición de la punta del microcatéter, también son importantes tanto la dirección distal del microcatéter como la velocidad de inyección de las partículas. Así, variaciones involuntarias de cualquiera de los tres parámetros puede conllevar resultados no deseados en el tratamiento. Por último, el cuarto estudio muestra que cuanto mayor es la velocidad de inyección de las partículas, más esparcidas viajan las partículas en el lumen de la arteria. Además, fijándose únicamente en la orientación de la punta del microcatéter no es posible predecir la rama de la bifurcación que van a tomar las partículas porque la complejidad de la geometría de las arterias hepáticas hace que el flujo sanguíneo tome estructuras hemodinámicas helicoidales y caóticas, por lo que la trayectoria de las partículas no es intuitiva, aunque la distribución de las partículas será similar a la del flujo de sangre

Validación de simulaciones patient-specific de Computer Fluid Particle Dynamics en el tratamiento de Radioembolización de Carcinoma hepatocelular.

La radioembolización para cáncer de hígado es un tratamiento locorregional que se basa en el riego preferencial de los tumores desde la arteria hepática en lugar de la vena hepática porta. En este tratamiento paliativo para pacientes con tumores que no pueden ser operados se introduce un catéter en la arteria hepática y se inyectan desde el punto decidido microesferas de 90Y que ocluyen los capilares que riegan el tumor y desde ahí destruyen el tumor debido a su emisión de radiación "beta". Cada vez son más los estudios mediante simulaciones numéricas que tratan de predecir la distribución de las partículas inyectadas al paciente, identificando los parámetros que influyen en su resultado. Si se validan las simulaciones con tratamientos específicos de pacientes reales y se optimiza el proceso para poder realizar las simulaciones, en el futuro estas podrían ser viables para una previa planificación del tratamiento al paciente (surgery planning). En este PFG se estudia un caso patient-specific del tratamiento de radioembolización. El objetivo es validar el modelo creado con los datos obtenidos de la intervención. Se detallan los pasos que han dado lugar a las simulaciones y se exponen las limitaciones que presentan. Entre otros, se analiza la dependencia del resultado con la orientación del catéter dado que no es un parámetro controlable durante la intervención. Respecto a la comparación con la distribución de partículas real, destaca la limitada compatibilidad entre las regiones del hígado estudiadas en MeVis y el PET, pero dentro del margen de error que esto impone, los resultados son positivos

Examen Termodinámica mayo 2012

Examen final Termodinámica curso 2011-2012, convocatoria ordinari

Influence of the Local Curvature on the Abdominal Aortic Aneurysm Wall Stress and New Methodologies for Manufacturing Realistic Phantoms.

El aneurisma de aorta abdominal (AAA) es una dilatación focalizada de la aorta abdominal de al menos 1.5 veces su diámetro habitual. La rotura de AAA causa alrededor de 1.3% de muertes en países desarrollados en hombres con una edad comprendida entre 65 y 85 años. En la práctica todavía existe incertidumbre con respecto al momento correcto de llevar a cabo la operación, sin embargo, el criterio de diámetro máximo es aceptado habitualmente como el factor de predicción de rotura; generalmente a aquellos pacientes cuyo diámetro del AAA supera los 5 cm se les recomienda reparar el AAA siempre y cuando estén en condiciones para ello. No obstante, el porcentaje de fallo de este criterio es considerable y falla en torno al 10% y 25% de los casos: 13% de los aneurismas con diámetros inferiores a 50 mm rompieron, mientras que el 60% de aneurismas con diámetros superiores a 50 mm permanecieron intactos. Varios estudios numéricos han intentado encontrar nuevos parámetros que puedan ayudar a los médicos a la hora de estimar el riesgo de rotura del AAA. Por el contrario, se han realizado pocos estudios experimentales debido al alto coste y tiempo que lleva la fabricación de réplicas de AAAs de pacientes. Esta tesis abarca tanto el estudio numérico como el experimental. Por un lado se ha estudiado la influencia de nuevos parámetros geométricos en la distribución de esfuerzos en la pared del AAA. Por otro lado se han investigado nuevas metodologías para la fabricación de réplicas de AAA. Con lo referido a los estudios numéricos, después de analizar 30 geometrías de AAAs de pacientes, se ha descubierto que la curvatura local afecta de forma considerable a la distribución de esfuerzos en la pared, y consecuentemente al riesgo de rotura del AAA. Los resultados sugieren que considerar este parámetro en un futuro para estimar la rotura de AAA puede ayudar a las decisiones clínicas. Con respecto al apartado experimental, se ha definido una nueva metodología para fabricar réplicas de AAA más realistas mediante la técnica de inyección al vacío. Esta metodología nueva tiene en cuenta el espesor variable de la pared y el comportamiento anisótropo del AAA. Asimismo, la tecnología de fabricación aditiva multi-material se ha utilizado para fabricar réplicas de AAA ideales con propiedades anisótropas. Los resultados de los ensayos uniaxiales y biaxiales certifican la idoneidad de las dos metodologías para la fabricación de réplicas de AAA con propiedades similares a las del tejido del AAA. Por último, se ha realizado un estudio experimental con las réplicas de AAA fabricadas y se ha verificado la distribución de esfuerzos en la pared del AAA. Este último estudio se llevó a cabo en la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA) gracias a la colaboración con el Dr. Ender Finol.An abdominal aortic aneurysm (AAA) is a focal dilation of the abdominal aorta that is at least 1.5 times its normal diameter. AAA rupture causes around 1.3% of deaths in developed countries among men aged 65-85. In clinical practice, uncertainty still remains about the correct time to operate, but the criterion of maximum diameter is commonly accepted as a rupture prediction factor. The general consensus is that patients with AAA diameters bigger than 5 cm warrant elective repair if they are reasonable operative candidates. However, the failure rate of this criterion is high, ranging from 10% to 25% of cases: 13% of aneurysms with a maximum diameter under 50 mm ruptured, while 60% of aneurysms with diameters over 50 mm remained intact. Several numerical studies have attempted to find new parameters that can help physicians estimate AAA rupture risk. In contrast, few experimental studies have been carried out due to the cost and time-consuming nature of manufacturing patient-specific AAA replicas. This thesis comprises both numerical and experimental studies. The numerical approach investigates new geometric parameters that influence AAA wall stress distribution, while the experimental approach studies new methodologies for manufacturing AAA replicas. In the numerical studies, 30 patient-specific AAA geometries were analyzed, and it was found that the local curvature significantly affects the wall stress distribution, which in turn affects the risk of AAA rupture. The results suggest that considering this parameter in future AAA rupture estimations can assist in clinical decision-making. In terms of the experimental studies, a new methodology for manufacturing more realistic AAA phantoms was developed via vacuum casting technique. This new methodology considers the regionally varying wall thickness and the anisotropic behavior of the AAA. Additionally, the multi-material additive manufacturing technology has been used to fabricate idealized AAA phantoms with anisotropic properties. The results of uniaxial and biaxial tests verify the suitability of both methodologies in manufacturing AAA replicas with properties similar to AAA tissue. Finally, an experimental study was run on the fabricated AAA phantoms and the AAA wall stress distribution was verified. This study was carried out at the University of Texas at San Antonio (UTSA) in collaboration with Dr. Ender Finol