Numerical simulations of on acoustic wave-guided inside a catheter

Abstract

People with chronic diseases like cancer or renal failure have permanent catheters trough which drug are administrated or dialysis performed. These catheters can accumulate sediments and be obstructed. Replacing is a viable option. However, the major downside is the stress and anxiety that causes to the patients. The idea of nondestructive testing used in industrial applications inspires to use acoustic waves as a possible way to diagnose obstructions. The method for scanning the catheter using acoustic guided waves across the catheter by pulse-echo procedure is studied using numerical simulations. Some numerical schemes are analyzed. The Lax-Wendroff method was selected with MC limiter as a good option for this work. The code was validated with analytical solutions, using simplified boundaries conditions and simple geometry domain. Numerical simulations were carried out to detect the presence of obstruction. By placing an interface water-air, an acoustic wave-guided can be obtained. Finally, a set of simulations of an obstructed catheter model show the feasibility to determine the location of different sizes occlusions inside the catheter.

Muchas personas con enfermedades crónicas como cáncer o insuficiencia renal tienen instalados catéteres a través de los cuales ciertas medicinas pueden ser administradas o llevarse a cabo procesos de diálisis. Estos catéteres pueden acumular sedimentos y obstruirse. Reemplazarlos es una opción viable, sin embargo, la desventaja principal es el trastorno producido en los pacientes. La idea de ensayos no destructivos ampliamente usados en aplicaciones industriales inspira el uso de ondas acústicas como un posible camino para diagnosticar obstrucciones. El método para escanear catéteres usando ondas guiadas a través del mismo, mediante el procedimiento de pulso-eco se estudia usando simulaciones numéricas. Se analizan algunos esquemas numéricos y se elige el método de Lax-Wendroff con un limitador MC como la mejor opción para el trabajo. Después de validar el código con soluciones analíticas, se llevaron a cabo algunas simulaciones numéricas. Se demostró que se puede obtener una onda guiada colocando una interfaz agua-aire en el dominio. Finalmente, una serie de simulaciones del modelo de catéter obstruido demuestra que es factible determinar la localización de diferentes tamaños de oclusiones dentro del mismo.