Studio biomeccanico di un arco aortico: analisi di interazione fluido-struttura

In this thesis work, a computational model is developed and implemented that can capable of replicating the dynamics of blood flow and the vascular wall along the aortic arch, according to the so-called fluid-structure interaction approach. The solid domain, three-dimensional, approximates the real arch with a parametric model that considers the main features physiological morphometrics. The mechanical response of the parameterized vessel reproduces the behavior of biological tissues in a simplified but still representative form. The blood is treated as a Newtonian fluid. Boundary conditions are imposed by literature. In the time domain, finally, physiological-like pulsatility conditions are adopted. The model in in question makes it possible to explore different scenarios, and thus investigate the effect on the distribution space-time of the main cardiovascular markers (velocity, pressure, shear stress in the fluid, stresses, strains and displacements in the solid) of factors such as age, sex, health condition or pathology. Some of these scenarios are illustrated in this paper.

Nel presente lavoro di tesi viene sviluppato ed implementato un modello computazionale in grado di replicare la dinamica del flusso ematico e della parete vascolare lungo l'arco aortico, secondo il cosiddetto approccio di interazione fluido-struttura. Il dominio solido, tridimensionale, approssima l'arco reale con un modello parametrico che considera le principali caratteristiche morfometriche fisiologiche. La risposta meccanica del vaso parametrizzato riproduce il comportamento dei tessuti biologici in forma semplificata ma comunque rappresentativa. Il sangue è trattato come fluido newtoniano. Le condizioni al contorno sono imposte dai riferimenti letterari. Nel dominio del tempo, infine, si adottano condizioni di pulsatilità simil-fisiologiche. Il modello in questione consente di esplorare scenari diversi, ed indagare quindi l'effetto sulla distribuzione spazio-temporale dei principali marcatori cardiovascolari (velocità, pressione, shear stress nel fluido, sforzi, deformazioni e spostamenti nel solido) di fattori quali l'età, il sesso, la condizione di salute o di patologia. Alcuni di tali scenari sono illustrati in questo lavoro.