Application of Computational Fluid Dynamics in Modeling Blood Flow in Human Thoracic Aorta

The aim of this study was to simulate blood flow in thoracic human aorta and understand the role of flow dynamics in the initialization and localization of atherosclerotic plaque in human thoracic aorta. The blood flow dynamics in idealized and realistic models of human thoracic aorta were numerically simulated in three idealized and two realistic thoracic aorta models. The idealized models of thoracic aorta were reconstructed with measurements available from literature, and the realistic models of thoracic aorta were constructed by image processing Computed Tomographic (CT) images. The CT images were made available by South Karelia Central Hospital in Lappeenranta. The reconstruction of thoracic aorta consisted of operations, such as contrast adjustment, image segmentations, and 3D surface rendering. Additional design operations were performed to make the aorta model compatible for the numerical method based computer code. The image processing and design operations were performed with specialized medical image processing software. Pulsatile pressure and velocity boundary conditions were deployed as inlet boundary conditions. The blood flow was assumed homogeneous and incompressible. The blood was assumed to be a Newtonian fluid. The simulations with idealized models of thoracic aorta were carried out with Finite Element Method based computer code, while the simulations with realistic models of thoracic aorta were carried out with Finite Volume Method based computer code. Simulations were carried out for four cardiac cycles. The distribution of flow, pressure and Wall Shear Stress (WSS) observed during the fourth cardiac cycle were extensively analyzed. The aim of carrying out the simulations with idealized model was to get an estimate of flow dynamics in a realistic aorta model. The motive behind the choice of three aorta models with distinct features was to understand the dependence of flow dynamics on aorta anatomy. Highly disturbed and nonuniform distribution of velocity and WSS was observed in aortic arch, near brachiocephalic, left common artery, and left subclavian artery. On the other hand, the WSS profiles at the roots of branches show significant differences with geometry variation of aorta and branches. The comparison of instantaneous WSS profiles revealed that the model with straight branching arteries had relatively lower WSS compared to that in the aorta model with curved branches. In addition to this, significant differences were observed in the spatial and temporal profiles of WSS, flow, and pressure. The study with idealized model was extended to study blood flow in thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. One of the idealized aorta models was modified along with the boundary conditions to mimic the thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. The results of simulations with realistic models extracted from CT scans demonstrated more realistic flow dynamics than that in the idealized models. During systole, the velocity in ascending aorta was skewed towards the outer wall of aortic arch. The flow develops secondary flow patterns as it moves downstream towards aortic arch. Unlike idealized models, the distribution of flow was nonplanar and heavily guided by the artery anatomy. Flow cavitation was observed in the aorta model which was imaged giving longer branches. This could not be properly observed in the model with imaging containing a shorter length for aortic branches. The flow circulation was also observed in the inner wall of the aortic arch. However, during the diastole, the flow profiles were almost flat and regular due the acceleration of flow at the inlet. The flow profiles were weakly turbulent during the flow reversal. The complex flow patterns caused a non-uniform distribution of WSS. High WSS was distributed at the junction of branches and aortic arch. Low WSS was distributed at the proximal part of the junction, while intermedium WSS was distributed in the distal part of the junction. The pulsatile nature of the inflow caused oscillating WSS at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Based on the WSS distribution in the realistic model, one of the aorta models was altered to induce artificial atherosclerotic plaque at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Atherosclerotic plaque causing 50% blockage of lumen was introduced in brachiocephalic artery, common carotid artery, left subclavian artery, and aortic arch. The aim of this part of the study was first to study the effect of stenosis on flow and WSS distribution, understand the effect of shape of atherosclerotic plaque on flow and WSS distribution, and finally to investigate the effect of lumen blockage severity on flow and WSS distributions. The results revealed that the distribution of WSS is significantly affected by plaque with mere 50% stenosis. The asymmetric shape of stenosis causes higher WSS in branching arteries than in the cases with symmetric plaque. The flow dynamics within thoracic aorta models has been extensively studied and reported here. The effects of pressure and arterial anatomy on the flow dynamic were investigated. The distribution of complex flow and WSS is correlated with the localization of atherosclerosis. With the available results we can conclude that the thoracic aorta, with complex anatomy is the most vulnerable artery for the localization and development of atherosclerosis. The flow dynamics and arterial anatomy play a role in the localization of atherosclerosis. The patient specific image based models can be used to diagnose the locations in the aorta vulnerable to the development of arterial diseases such as atherosclerosis.

Pseudo-aneurisma gigante de artéria axilar esquerda

A case of a gunshot of the left axilary artery with a giant pseudoaneurism formation with sixteen years of evolution is presented. The 61- years-old male patient present since them a small assintomatic tumoration in infraclavicular localization. In the last eight months the tumor became symptomatic and volumous, reaching 20 cm in diameter, with signals of infection and imminent rupture. The patient was operated on with ligature of the axilary artery and evacuation of the pseudoaneurysm. The surgical handling and endovascular therapeutic options available in the present time are discussed. A short review about the disease as well as a bibliographic update are present. The authors also call attention for the necessity of a correct management of the vascular injures in the event of the first management.

Aneurisma da artéria esplênica

Foram analisados retrospectivamente dez pacientes portadores de aneurisma da artéria esplênica, submetidos a tratamento no Hospital Universitário Clementino Fraga Filho, no período compreendido entre outubro de 1978 a março de 1997. Perfaziam um total de 14 aneurismas da artéria esplênica, sendo únicos em nove pacientes e múltiplos (cinco) em um paciente. Houve predominância do sexo feminino com relação mulher/homem de 4/1. Foi realizado tratamento cirúrgico em 60% dos pacientes, embolização dos aneurismas em 10%, associação de embolização e cirurgia em 10% e tratamento conservador em 20%. Nenhum óbito ocorreu durante o tratamento.

Aneurisma roto de artéria esplênica: flagrante tomográfico de sangramento

The splenic artery aneurysm is a rare entity and its rupture is the most feared complication. The tomographic computed scan is a potential tool in the diagnosis, and can be used to patients with a suspicion of intra-abdominal bleeding, after adequate resuscitation. A case of a 68-year old male, hypertense patient, with a ruptured splenic artery aneurysm is reported. The diagnosis and treatment were given successfully by the abdominal computed tomographic scan and conventional surgery. The tomographic computed scan can be useful to the diagnosis of ruptured splenic artery aneurism, after the hemodynamic stabilization.

Redução do tempo de hospitalização após cirurgia torácica de grande porte: identificação de fatores determinantes

OBJETIVO: Os custos da internação hospitalar têm relação direta com o tempo de permanência do paciente operado. Por outro lado, um menor tempo de internação permite aumentar a produtividade nos hospitais públicos com demanda reprimida. O objetivo deste estudo é identificar fatores determinantes da redução do tempo de internação pós-cirurgia torácica de grande porte. MÉTODO: Estudo retrospectivo por análise de prontuários, realizado em duas fases. Na fase I levantou-se uma série consecutiva de 169 pacientes divididos em grupo I (n=81)-operados no período de junho de 1990 a dezembro de 1995, e grupo II (n=88) _operados de janeiro de 1996 a maio de 2000, para verificação do tempo de internação e fatores relacionados. Na fase II levantou-se uma série consecutiva de 20 pacientes (grupo III) retroagindo a partir de março de 2002, para análise e comparação com uma pequena enquête enviada pela internet para 21 cirurgiões torácicos. RESULTADOS: A quase totalidade dos pacientes prescindiu de UTI no pós-operatório imediato. O tempo de internação médio caiu de 7,6 dias (mediana 7) no grupo I para 5,1 dias (mediana 4) no grupo II (p<0,001). A utilização mais freqüente da analgesia epidural e o uso de vias de acesso menos traumáticas no grupo II alcançou significância estatística (p<0,001). No grupo III o tempo de internação médio foi de 4,2 dias (mediana 4), com uso mais efetivo da analgesia epidural (75%) e emprego da toracotomia vertical (90%). Oito cirurgiões torácicos responderam à enquête: o tempo médio de internação informado variou de cinco a nove dias, todos os pacientes foram enviados para a UTI ou similar, e apenas dois cirurgiões usam de rotina toracotomia com preservação muscular. CONCLUSÕES: Este estudo confirma que o controle da dor e o menor trauma da via de acesso são fatores importantes para a mais rápida recuperação funcional dos pacientes. Sugere que uso da UTI pode ser restringido para pacientes com alto risco.

Sistema de drenagem torácica e uso de antimicrobianos: avaliação bacteriológica após troca do frasco coletor com seu conteúdo com 12 e 24 horas

OBJETIVO: Avaliar a contaminação bacteriológica do líquido de drenagem torácica sob sistema fechado, após troca com 12 e 24 horas do frasco coletor e de seu conteúdo, em pacientes sob drenagem torácica, em vigência ou não de antibióticos. MÉTODO: Investigou-se o líquido de 54 drenagens torácicas, sob sistema fechado, de 44 pacientes com trauma torácico fechado ou com pneumotórax espontâneo, divididos em dois grupos, de acordo com o tempo de intervalo na substituição da solução de soro fisiológico e do frasco coletor. No grupo A (23 pacientes: 28 drenagens) a troca foi realizada a cada 12 horas e no grupo B (21 pacientes: 26 drenagens) com troca a cada 24 horas. Foram empregados os testes de distribuição normal para análise dos dados paramétricos e qui-quadrado para análise dos dados não paramétricos. Excluiu-se os casos de empiemas pleurais e traumas torácicos por arma de fogo ou arma branca. RESULTADOS: Dos 44 pacientes submetidos à drenagem torácica,15 (34,2%) apresentavam hemopneumotórax, 13 (29,5%) pneumotórax isoladamente, seis (13,6%) hemotórax, seis (13,6%) pós-toracotomia, três (6,8%) por derrame pleural e um (2,3%) por enfisema subcutâneo. Não houve diferença significativa quanto ao uso de antibióticos ou ao número de culturas positivas (onze em cada) nos dois grupos, mesmo quando se analisou o número de novos casos positivos diários em cada grupo (p>0,05). CONCLUSÃO: Através deste estudo constatou-se que a substituição do frasco coletor e do líquido drenado neste frasco, pelo soro fisiológico estéril, tanto por intervalo de tempo de 12h quanto 24h, não mostrou diferença nos índices de colonização bacteriana, independente do uso de antimicrobianos.

Arma branca retida em aorta abdominal superior

Abdominal aorta wounds carries a high immediate mortality. Few patients reach hospital care alive. There are no reports on Medline (1969-2002) about aortic wounds of foreign body with retention. A case with upper abdominal aortic wound with an inlaid blade is reported. The retained blade fixed the stomach to the surgical field, difficulting the vascular control, leading to an unconventional approach and allowing extensive contamination. The patient developed multiple organ dysfunction and died at fifth postoperative day. Singularities of an inlaid knife in upper abdominal aorta and changes in traditional approach are discussed. The authors assumed that the inlaid knife decreased the bleeding, allowing the patient arrival to the hospital, but worsened the approach to the aorta wound.

O papel da cirurgia torácica vídeo-assistida - CTVA - no tratamento da pneumonite necrosante na criança

OBJETIVO: Avaliar o papel da cirurgia torácica vídeo-assistida (CTVA) no tratamento das complicações pleurais da pneumonite necrosante (PN) na criança, em sua fase aguda. MÉTODO: Avaliação prospectiva de sete pacientes com idades entre quatro e sete anos, portadores de empiema pleural com PN, com diagnóstico confirmado por tomografia computadorizada de tórax (TC) e cirurgia. Realizou-se a descorticação pulmonar com esvaziamento do pleuris, desbridamento e ressecção do tecido pulmonar comprometido, e drenagem torácica, através de videotoracoscopia com três portais. Foram avaliados no pós-operatório a curva térmica, o leucograma, o tempo de drenagem torácica e a permanência hospitalar. RESULTADOS: Houve re-expansão pulmonar completa em todos os pacientes tratados pela CTVA, com rápida melhora do estado geral, queda de temperatura e da leucocitose na primeira semana pós-tratamento. O período de drenagem pós-CTVA variou de sete a 17 dias, e a permanência hospitalar póscirúrgica foi menor quando comparada com dados da literatura em que o tratamento utilizado foi a drenagem torácica com antibioticoterapia ou a cirurgia a céu aberto. CONCLUSÕES: A utilização da CTVA como coadjuvante no tratamento da PN acompanhada de complicações pleurais, tem papel importante na aceleração da recuperação clínica do paciente, proporcionando a reexpansão mais rápida do pulmão colapsado, com melhoria das condições respiratórias.

Pseudo-aneurisma arterial pós-transplante renal

Vascular complications after kidney transplantation have been described and pseudoaneurysms represent a well-recognized vascular complication. Although the incidence of pseudoaneurysm is low, it may potentially cause graft loss or may even be fatal for the patients if it is not diagnosed and treated quickly. The authors report a case of renal artery pseudoaneurysm diagnosed two months posttransplantation with cadaveric graft, the treatment and literature data.

Variação anatômica da artéria torácica interna lateral: relato de caso

The objective of this report was to describe a variation in the origin of the lateral internal thoracic artery (LITA), a variable large-caliber artery in the thoracic wall. This report presents a case in which a trunk coming from the subclavian artery (SCA) bifurcates and gives origin to the LITA and internal thoracic artery (ITA). This case demonstrates an unusual bilateral origin for the LITA, which emerges together with the ITA rather than directly from the SCA, as could be expected. Although such presentation is uncommon, the possibility that it could be damaged during surgical interventions such as thoracotomy and pleural drainage justifies our report .

Reconstrução da parede torácica nos defeitos adquiridos

Acquired chest wall defects present a challenging problem for thoracic surgeons. Many of such defects can be repaired with the use of local and regional musculocutaneous flaps, but larger defects compromising skeletal structure require increasingly sophisticated reconstructive techniques. The following discussion will review the options for repair acquired chest wall defects based in literature. The authors searched the Pubmed (www.pubmed.com) and found citations from January 1996 to February 2008. By reading the titles and the abstracts most of the citations were discharged because they focused in congenital chest wall defects or were cases report. However, many papers were found describing the outcome of large series of patients with acquired chest wall deformities. A review of recent literature shows that the repair of chest wall defects with soft tissues, if possible, remains the treatment of choice. Large chest wall defects require skeletal reconstruction to prevent paradoxical respiration. The selection of the most appropriate flap is primary dictated by the location and the size of the defect. It is important to transfer tissue with good vitality, so understanding the vascular supply is imperative. Autogenous grafts have been used in the past for skeletal reconstruction but a combination of synthetic materials with musculocutaneous flaps has been used lately. Based in the literature, the use of prosthetic material in chest wall reconstruction does not significantly increases the risk of wound infection.

Perfil da atividade de pesquisa encaminhada ao Congresso Brasileiro de Cirurgia Torácica - Tórax 2009

OBJETIVO: Contribuir para o melhor conhecimento da atividade de pesquisa em Cirurgia Torácica no Brasil. MÉTODOS: Estudo prospectivo observacional dos resumos publicados nos Anais do Congressos Brasileiro de Cirurgia Torácica - Tórax 2009, para descrição quantitativa e qualitativa da distribuição geográfica e do tipo das instituições de origem dos resumos, dos tipos de estudos e dos temas abordados. RESULTADOS: Foram publicados 182 resumos, sendo 174 (95,60%) intervencionistas. Houve três resumos provenientes de instituições estrangeiras, todos provindos de uma mesma instituição italiana. Quanto aos tipos de estudos, foram observados 108 estudos clínicos, 67 relatos de caso e sete estudos experimentais. No cômputo geral, a ressecção pulmonar (14,29%) é o tema mais freqüente, seguidos de câncer pulmonar, hiperidrose e afecções traqueais (10,44%), trauma torácico (7,14%) e mediastino (6,04%). As instituições públicas participaram com 68,16% dos resumos avaliados, as instituições privadas 11,17% e as chamadas institucionais com 20,67%, sendo que as Pontifícias Universidades Católicas (11,00%) e as Santas Casas (7,70%) tiveram participação significativa na pesquisa em Cirurgia Torácica no Brasil. CONCLUSÃO: As instituições públicas são as principais responsáveis pela atividade de pesquisa em Cirurgia Torácica no Brasil, a qual está mais concentrada no estado de São Paulo (34,07%). Um terço desta atividade é representada por relatos de caso e, embora haja grande variação de assuntos abordados, a ressecçãos pulmonar é o tema mais freqüente.

Efeitos da remoção da túnica adventícia da aorta descendente em suínos

OBJETIVO: Investigar os efeitos da remoção da adventícia da aorta em suínos. MÉTODOS: O experimento foi realizado com oito suínos. Removeu-se a camada adventícia da aorta descendente. Após a eutanásia com duas, quatro, seis e oito semanas, o segmento aórtico era removido. Após, eram feitos cortes histológicos com a coloração de hematoxilina e eosina (HE) e pelo método de Weigert - Van Gieson. RESULTADOS: Após duas semanas identificou-se um leve desarranjo do terço externo da túnica média. Nos animais sacrificados após quatro semanas observou-se um desarranjo estrutural dos terços externos da túnica média. Após seis semanas observou-se necrose da parede aórtica. Finalmente, após oito semanas além da fibrose da parede aórtica identificou-se a destruição da lâmina elástica interna. CONCLUSÃO: A remoção da adventícia da aorta em suínos levou à alterações degenerativas da média, determinando perda da estrutura da parede aórtica que é variável em sua localização, intensidade e forma, dependendo do tempo a partir do qual se estabeleceu a lesão isquêmica.

Modelo experimental de isquemia: reperfusão intestinal por clampeamento de aorta abdominal em ratos Wistar

OBJETIVO: desenvolver um modelo experimental de isquemia global normotérmica transitória capaz de demonstrar os tempos de isquemia e reperfusão necessários para desenvolvimento de lesão de isquemia/reperfusão em intestinos delgados de ratos Wistar através clampeamento de aorta abdominal suprarrenal. MÉTODOS: Vinte ratos Wistar adultos machos, pesando entre 250 e 350g, foram distribuídos aleatoriamente em cinco grupos, com quatro ratos cada, e submetidos a tempos crescentes de isquemia (0 - 30 - 45 - 60 - 90 minutos). Dentro de cada grupo, à exceção do grupo controle, dois ratos foram submetidos à 60 minutos de reperfusão e dois à 90 minutos. Após os procedimentos, procedeu-se análise histológica através de medição de áreas de necrose. RESULTADOS: O grau de necrose intestinal variou de 15 a 54% (p=0,0004). Houve tendência de aumento progressivo no grau de lesão relacionado ao aumento no tempo de isquemia, contudo, os maiores graus de lesão foram observados nos menores tempos de reperfusão. A análise do coeficiente de variação de necrose entre os dez grupos de isquemia/reperfusão demonstrou diferença estatisticamente significante em 15 postos, sendo 13 relacionados ao grupo controle. CONCLUSÃO: O modelo foi capaz de demonstrar os tempos necessários para que ocorra lesão de isquemia/reperfusão intestinal através de clampeamento aórtico e poderá servir como base para facilitar o desenvolvimento de estudos voltados para a compreensão deste tipo de lesão.