Aplicación de la mecánica de fluidos y la simulación: tracto urinario y catéteres ureterales / Application of fluid mechanics and simulation: urinary tract and ureteral catheters

El comportamiento de la orina durante su transporte, desde la pelvis renal hasta la vejiga, tiene un gran interés para los urólogos. El conocimiento de las diferentes variables físicas y su interrelación, en movimientos fisiológicos y patologías, ayudará a un mejor diagnóstico y tratamiento. El objetivo de este capítulo es exponer y acercar al mundo clínico los conceptos físicos y sus relaciones básicas más relevantes en el transporte de orina. Para ello, se explica el movimiento de la orina durante una peristalsis, una obstrucción ureteral y un uréter tutorizado con un catéter ureteral. Esta explicación se basa en dos herramientas muy utilizadas en bioingeniería: el análisis teórico a través de la Teoría de los Medios Continuos y la Mecánica de Fluidos y la simulación computacional que ofrece una solución práctica de cada uno de los escenarios. Además, se repasan otras aportaciones de la bioingeniería al campo de la Urología, como la simulación física o las técnicas de fabricación aditiva y sustractiva. Finalmente, se enumeran las limitaciones actuales de estas herramientas y las líneas de desarrollo tecnológico con más proyección. CONCLUSIÓN: Se pretende que este capítulo ayude a los urólogos a comprender algunos conceptos importantes de bioingeniería, fomentando la colaboración multidisciplinar para ofrecer herramientas complementarias que les ayuden en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades

The mechanics of urine during its transport from the renal pelvis to the bladder is of great interest for urologists. The knowledge of the different physical variables and their interrelationship, both in physiologic movements and pathologies, will help a better diagnosis and treatment. The objective of this chapter is to show the physics principles and their most relevant basic relations in urine transport, and to bring them over the clinical world. For that, we explain the movement of urine during peristalsis, ureteral obstruction and in a ureter with a stent. This explanation is based in two tools used in bioengineering: the theoretical analysis through the Theory of concontinuous media and Ffluid mechanics and computational simulation that offers a practical solution for each scenario. Moreover, we review other contributions of bioengineering to the field of Urology, such as physical simulation or additive and subtractive manufacturing techniques. Finally, we list the current limitations for these tools and the technological development lines with more future projection. CONCLUSIONS: In this chapter we aim to help urologists to understand some important concepts of bioengineering, promoting multidisciplinary cooperation to offer complementary tools that help in diagnosis and treatment of diseases

Análisis del flujo aéreo en la cavidad nasal mediante Mecánica de Fluidos Computacional / Computational fluid dynamics simulations of the airflow in the human nasal cavity

Objetivo: El objetivo de este trabajo es visualizar y analizar el flujo aéreo a través de la cavidad nasal de forma computarizada. Material y métodos: Se utiliza una aproximación alternativa y novedosa llamada Mecánica de Fluidos Computacional (MFC) que ha demostrado ser una herramienta muy poderosa para el estudio de la dinámica de fluidos. Esta técnica consiste en simular cómo se mueve el aire bajo unas determinadas condiciones de contorno. Resultados: Se realiza el modelo numérico de la cavidad nasal anatómicamente exacta basándonos en la anatomía (imágenes de TC) y en la fisiología nasal. Se visualiza el flujo aéreo en las dos fases de la respiración y se observan las líneas de corriente, los perfiles de velocidad y los campos de presión y de intensidad de turbulencia. Conclusiones: Se demuestra el efecto de guiado de los cornetes, la distribución laminar del flujo y la influencia de la fase de la respiración en el patrón del flujo (AU)

Objective: This study represents an attempt to simulate the complex three-dimensional airflow pattern in the human nasal passageways. Materials and methods: In the present study the computational Fluid Dynamics (CFD) have been used. The CFD solved numerically the flow governing quations. The CFD demonstrated to be a very efficient tool for researching on nasal flow. Results: By means of CT scan, an anatomic accurate three-dimensional representation of the human nasal cavity was obtained. Based on this model the influence of the inspiration and at the expiration at the flow pattern has been reviewed. The flow pattern is visualized by the velocity, pressure and turbulence intensity fields. Conclusions: The flow patterns show the channel effect of turbinates and the influence of the breathing phase (AU)