April 19, 2009

CFD em Bioengenharia

As pessoas são tão diferentes por dentro quanto são por fora, tornando difícil predizer que tipo de cirurgia seria a mais adequada para cada paciente. Desde 2005, uma abordagem envolvendo alta tecnologia vem sendo usada pela Universidade de Stantford para predizer o sucesso (ou não) da cirurgia em determinado paciente.

Este método elimina as suposições sobre o sucesso de cirurgias cardiovasculares. Usando modelos matemáticos, os bioengenheiros constroem um modelo 3D personalizado do coração de cada paciente (incluindo sua respectiva doença cardiovascular) e, então, realizam uma cirurgia virtual neste modelo antes que isto seja feito efetivamente no paciente. O objetivo desta abordagem é realizar mais cirurgias com sucesso e eliminar as operações desnecessárias. Foto de uma paciente em um exame de ressonância magnética (autor Gaetan Lee).

A modelagem deve incorporar dados de imagens em um programa de visualização científica 3D que inclua também ferramentas cirúrgicas. Milhões de equações para representar o escoamento do sangue no corpo humano e a fisiologia individual do paciente são usadas para demonstrar o que pode ocorrer em várias situações "E se tentarmos isso...". A flexibilidade das veias e artérias também devem ser consideradas na modelagem.

Por exemplo, é possível verificar o sucesso de uma cirurgia para melhorar a irrigação de sangue nas pernas do paciente durante uma cirurgia. Com os modelos 3D das veias na perna, verifica-se quais seriam os possíveis caminhos (veias) para o sangue escoar até o local desejado. Por sua vez, os modelos matemáticos seriam capazes de predizer se, nas condições da cirurgia, as veias seriam capazes de suportar o fluxo de sangue ou arrebentariam. Neste último caso, obviamente a cirurgia não seria bem sucedida.

Ao final de 2006, pesquisadore do Instituto de Tecnologia da Georgia e da Universidade de Emory verificaram a aplicação destas técnicas em cirurgias pediátricas. Neste caso, toda a modelagem 3D (geometria) do coração do paciente vem de diversas imagens de ressonância magnética (IRM) obtidas durante o ciclo cardíaco.

Hoje em dia, o uso de CFD aplicado ao corpo humano de modo a avaliar melhor o seu funcionamento e predizer o sucesso de cirurgias já está sendo bem difundido.

Projeto de válvulas cardíacas mecânicas
Em outra linha de pesquisa, existe o projeto de válvulas artificiais para o coração usando CFD. A válvula cardíaca consiste de duas membranas (válvulas) que são livre para abrir e fechar conforme o sangue escoa para dentro e fora do coração durante o ciclo cardíaco. Para modelar esta interação fluido/estrutura, deve-se considerar algumas características fisiológicas de modo a acoplar o movimento de abertura e fechamento das válvulas de acordo com o escoamento do sangue. Diferente de aplicações de engenharia hidráulica, onde o escoamento é rápido o bastante para permanecer turbulento, a batida do coração promove uma mudança contínua na velocidade e direção do escoamento do sangue através da válvula. Foto abaixo de um coração artificial tirada por Green Flames.


Em sua maioria, o escoamento é ordenado e laminar exceto por um breve período de tempo próximo ao pico da sístole, onde o escoamento se torna caótico e turbulento. Justamente durante este curto período, os pesquisadores suspeitam que o ambiente se torne mais prejudicial aos elementos do sangue. Um grupo de pesquisa numérica do Instituto de Tecnologia da Georgia está desbravando o desenvolvimento e aplicação de modelos para turbulência capazes de captar de forma acurada esta transição contínua entre os comportamentos laminar e turbulento.

Links para os interessados e curiosos: Predizendo o sucesso nas cirurgias, CFD em válvulas cardíacas e CFD com IRM 4D. Mais alguns sites interessantes com informações sobre o assunto (contendo várias imagens e vídeos):
Um abraço e até mais!

April 13, 2009

Congressos em 2009

Junto neste post um levantamento dos congressos e encontros brasileiros, a serem realizados em 2009, mais relevantes para CFD, fenômenos de transporte em geral e métodos numéricos. Estou colocando apenas os congressos cujas datas limite para envio de trabalho ainda não foram atingidas. Portanto, ainda dá tempo de participar!

  • COBEM 2009 : Congresso Internacional de Engenharia Mecânica, a ser realizado em Gramado, RS. Contém temas relevantes, como combustão, engenharia aeroespacial, ciências térmicas, mecânica dos fluidos e reologia.
  • COBEQ-IC 2009 : Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica, a ser realizado em Uberlândia, MG. Congresso com temas bem gerais (fenômenos de transporte, transferência de calor e massa, métodos numéricos, etc) e voltado para os alunos de graduação em engenharia química. Já participei em 2001 e recomendo o envio de trabalhos. Foi uma experiência muito boa para mim.
  • CNMAC 2009 : Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, a ser realizado em Cuiabá, MT. Como o nome diz, seria mais voltado aos pesquisadores em métodos e algoritmos numéricos em CFD.
  • [UPDATE] ENEMP 2009 : Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados. É um congresso famoso na minha área e normalmente com trabalhos de peso. Antigamente era bastante voltado para a área experimental, mas hoje abrange também as simulações CFD de sistemas particulados. A ser realizado em Campinas - SP, de 18 a 21 de outubro. Os resumos podem ser enviados até final de junho.
  • [UPDATE] PACAM XI 2010: Pan American Congress of Applied Mechanics, com foco em mecânica aplicada e inclui temas como Mecânica dos Fluidos e Fluidos não Newtonianos (simulação de fluidos complexos). Este congresso será realizado no início de 2010, mas o deadline para submissão de trabalhos se encerra em 30 de março de 2009. Ainda dá tempo!
Estes são apenas alguns dos eventos deste ano. Se você conhece mais um congresso relevante ou tem alguma sugestão, por favor, deixe um comentário aqui. Vou ir atualizando este post conforme as novas informações cheguem. Fique de olho!

Para congressos em geral, acesse ABEQ e ABCM.

Um abraço e até mais!

April 9, 2009

Concurso Científico Tecnoclasta 2008/2009

Apesar do pouco tempo, ainda há tempo. O prazo para o Concurso Científico Tecnoclasta 2008/2009 vai até amanhã, 10 de abril.

Já fiz a minha inscrição - veja os inscritos nos comentários - e talvez o Luiz faça a dele amanhã. Eu quase perdi o prazo... Talvez, considerando que o prazo termina na sexta-feira santa, ele seja estendido (mas não conte com isso). O prazo foi prorrogado até o dia 17 de abril.

Esse ano o concurso incluí duas categorias, uma das quais permite que quem não tenha blogs também participe. Veja as regras no tópico do Tecnoclasta.

Vale lembrar que mais do que um concurso com prêmios, essa iniciativa é uma forma divulgar informação científica de qualidade pela net.

Lamento de ter esquecido de divulgar o concurso antes e espero mesmo que tenha uma pequena prorrogação em função do feriado.

April 8, 2009

Parabéns ao Luiz !

Senhoras e Senhores,
o Luiz acaba de ser aprovado como professor da Escola de Química da UFRJ.

O resultado do concurso saiu a alguma horas ... ainda falta uns 2 meses para cumprir a burocracia, mas ...

Eu deixo aqui meus sinceros parabéns e boa sorte ao Luiz em sua nova e promissora carreira. E de quebra me deixa mais orgulhoso de dividir o blog com alguém que agora é importante.

Esperamos que ele agora tenha mais tempo para escrever nesse blog ...