Hemodynamic modeling of cerebral aneurysms

Abstract

Cerebral aneurysms are localized, pathological dilatations of cerebral arteries. Their rupture causes a subarachnoid hemorrhage and is associated with high rates of morbidity and mortality.

Over the last decade, the emergence of computational modeling has greatly improved our understanding of how hemodynamic stresses are associated to the initiation, growth and rupture of aneurysms and how they are altered by endovascular treatment devices. Before hemodynamic simulations can become part of clinical decision-making, it is essential that we assess their reproducibility and accuracy.

The aim of this thesis is to identify hemodynamic factors that can be reliably computed and that can be used to study aneurysm pathophysiology. We address the following questions: 1. Are hemodynamic simulations reproducible across imaging modalities commonly used in clinical practice? 2. Are hemodynamic simulations reproducible across different CFD solvers? 3. Can computationally inexpensive steady flow simulations be used to answer clinically relevant questions? 4. Which reliable hemodynamic factors are associated with aneurysm initiation?

Los aneurismas cerebrales son dilataciones patológicas y localizadas de las arterias cerebrales. Su ruptura causa una hemorragia subaracnoidea y está asociada a altas tasas de morbilidad y mortalidad.

Durante la úultima década, la emergencia del modelado computacional ha mejorado nuestro entendimiento de como los estreses hemodinámicos están asociados a la iniciación, el crecimiento y la ruptura de los aneurismas, y, como son alterados por los tratamientos con dispositivos endovasculares. Antes de que las simulaciones hemodin\'amicas puedan hacerse parte de las decisiones cl\'inicas rutinarias, es esencial evaluar su reproducibilidad y exactitud.

El objetivo de esta tesis era identificar factores hemodin\'amicos que puedan calcularse confiablemente y puedan usarse para estudiar la patofisiología de los aneurismas. Hemos abordado las siguientes preguntasa: 1. Son las simulaciones hemodinámicas reproducibles entre modalidades de imagen usadas comunmente en la pr\'actica clinica? 2. Son las simulaciones hemodinámicas reproducibles entre diferentes solvers computacionales? 3. Podemos usar simulaciones computacionalmente económicas de flujo estable para responder preguntas clinicamente relevantes? 4. Cuales factores hemodinámicos confiables están asociados con la iniciación de aneurismas?

Programa de doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions