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Type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Simulação computacional do escoamento sanguíneo em artérias coronárias com stents farmacológicos
Author: Mattos, Gabriel
First Advisor: Igreja, Iury Higor Aguiar da
Referee Member: Camata, José Jerônimo
Referee Member: Campos, Joventino de Oliveira
Resumo: A eficácia dos stents farmacológicos depende da interação entre o escoamento sanguíneo no lúmen arterial e o transporte do fármaco para o tecido adjacente, o qual pode ser representado como um meio poroso dominado por mecanismos difusivos que desempenham um papel central na absorção e distribuição dos compostos ativos. Modelos tradicionais frequentemente assumem o sangue como um fluido Newtoniano e a difusão tecidual como isotrópica, simplificações que podem comprometer a precisão, especialmente em artérias de pequeno diâmetro, onde os efeitos não Newtonianos e a anisotropia da difusão são significativos. Estruturas abrangentes que incorporem esses aspectos ainda são escassas e carecem de validação numérica robusta. Neste trabalho, é proposto um modelo computacional unificado que acopla o escoamento de fluido e o transporte de fármaco em artérias com stents, utilizando as equações de Navier–Stokes para o lúmen e as equações de Brinkman para o tecido poroso. O transporte do fármaco no lúmen é governado por equações de advecção–difusão, enquanto o transporte no tecido é descrito por uma equação de difusão modificada que incorpora um tensor de difusividade anisotrópico. Métodos de elementos finitos estabilizados, baseados nas formulações SUPG e PSPG, são empregados para resolver o sistema acoplado, garantindo precisão em regimes dominados por convecção. A metodologia é validada com base em dados de referência da literatura. O modelo estudado examina como a reologia do sangue e a anisotropia do tecido influenciam a distribuição do fármaco, além de comparar os efeitos de diferentes geometrias de stents sobre os padrões de escoamento e a penetração do fármaco. Os resultados demonstram que a reologia afeta principalmente as distribuições locais em geometrias não aerodinâmicas, enquanto a difusão anisotrópica altera significativamente os perfis de concentração tecidual e as estimativas de penetração em comparação com a suposição de isotropia.
Abstract: Drug-eluting stents effectiveness depends on the interaction between blood flow in the arterial lumen and drug transport into adjacent tissue, which can be represented as a porous medium dominated by diffusive mechanisms that play a central role in the absorption and distribution of active compounds. Traditional models often assume Newtonian blood flow and isotropic tissue diffusion, simplifications that may compromise accuracy, especially in small-diameter arteries where non-Newtonian effects and diffusion anisotropy are significant. Comprehensive frameworks incorporating these aspects remain scarce and lack robust numerical validation. In this work, a unified computational model coupling fluid flow and drug transport in stented arteries is proposed, using Navier-Stokes equations for lumen and the Brinkman equations for porous tissue. Advection–diffusion equations govern drug transport in the lumen, while tissue transport is described by a modified diffusion equation incorporating an anisotropic diffusivity tensor. Stabilized finite element methods based on SUPG and PSPG formulations are employed to solve the coupled system, ensuring accuracy in convection-dominated regimes. The methodology is validated against benchmark literature data. The model studied examines how blood rheology and tissue anisotropy influence drug distribution, as well as comparing the effects of different stent geometries on drug flow patterns and penetration. The results demonstrate that rheology primarily affects local distributions in non-aerodynamic geometries, while anisotropic diffusion significantly alters tissue concentration profiles and penetration estimates compared to the isotropy assumption.
Keywords: Elementos finitos estabilizados
Meios porosos
Stents farmacológicos
Reologia
Difusividade anisotrópica
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20471
Issue Date: 23-Jan-2026
Appears in Collections:Engenharia Computacional - TCC Graduação



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