Integração de imagens por ressonância magnética na dinâmica dos fluidos computacional: aplicações em petrofísica e neurociência

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Solcia, Gustavo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Wormholes; Artérias cerebrais; Cerebral arteries; Computational fluid dynamics; Dinâmica de fluidos computacional; Imagens por ressonância magnética; Magnetic resonance images
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-07032024-105828/

A dinâmica de fluídos computacional (DFC) é amplamente utilizada para estudar o fluxo de fluidos em sistemas complexos. Já a imagem por ressonância magnética (IRM) é uma técnica consolidada na rotina clínica e em aplicações na medicina. Entretanto, apesar da IRM ser capaz de prover informações diversas para as simulações, combinar DFC e IRM ainda é um desafio. O objetivo desta tese é de desenvolver e aplicar IRM e DFC em um problema da petrofísica e um problema da neurociência. Para o estudo da petrofísica, utilizamos IRM de wormholes em rochas carbonáticas obtidas em um magneto pré-clinico. Já para o estudo da neurociência, utilizamos dados de angiografia e perfusão de artérias cerebrais de sujeitos saudáveis e de sujeitos com a doença de moyamoya. Ambos os dados foram adquiridos em sistemas clínicos. As abordagens de processamento e simulação foram diferentes para cada problema. Para estudar os wormholes utilizamos algoritmos de processamento de imagem e reconstrução tridimensional automatizados para gerar modelos e depois calcular as simulações no software OpenFOAM. Já para estudar as artérias cerebrais, utilizamos o software SimVascular para gerar modelos e calcular as simulações. Especificamente para os sujeitos com doença de moyamoya comparamos dados de velocidade adquiridos por IRM com as simulações através de imagens geradas pelo software Paraview com o filtro de resample e um script em python. Os resultados das simulações em wormholes foram comparados com medidas de pressão e ficaram dentro do desvio experimental e da análise de independência de malha, apesar de algumas exceções. Os resultados das simulações em artérias cerebrais foram comparadas com a divisão de perfusão. A divisão de perfusão é melhor correlacionada com o sujeito saudável do que com os sujeitos com a doença de moyamoya. Em estudos futuros com wormholes pode-se considerar aplicações transientes e multifásicas. Para as artérias cerebrais, ainda é necessário desenvolver novas condições de contorno de saída e considerar o uso de aquisições de perfusão seletiva. Além disso, as simulações traduzidas para imagens de resample utilizadas na análise dos sujeitos com a doença de moyamoya podem auxiliar no desenvolvimento de técnicas em IRM. A contribuição deste trabalho foi de estabelecer a base para simulações mais complexas e definir a IRM como um complemento essencial para DFC.