Comparison of newtonian and non-newtonian models using computational fluid dynamics in cerebral aneurysms: analysis of two patient-specific cases

Authors

  • Brian Villegas Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, Universidad Nacional de Cuyo
  • Nicolás Muzi Departamento de Física y Matemática, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, Universidad Nacional de Cuyo. Instituto de Ingeniería y Ciencias Aplicadas a la Industria, CONICET – UNCUYO, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina https://orcid.org/0000-0003-0729-9730
  • Daniel Millán Departamento de Física y Matemática, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, Universidad Nacional de Cuyo, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina. Instituto de Ingeniería y Ciencias Aplicadas a la Industria, CONICET – UNCUYO, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina. https://orcid.org/0000-0001-6917-0460

Abstract

The rupture of cerebral aneurysms represents a serious health threat, associated with high rates of mortality and morbidity. In this context, understanding the underlying pathological mechanisms is essential to improve patient evaluation and clinical management. In particular, wall shear stress (WSS) plays a key role in the formation, progression, and rupture of aneurysms. This study investigates the impact of the blood constitutive model on WSS estimation through numerical simulations of fluid dynamics in two patient-specific aneurysm geometries. Specifically, the classical newtonian model is compared against the non-newtonian Casson model, using physiologically realistic boundary conditions reported in the literature. Additionally, a methodology for generating computational domains is proposed. Results show that differences in WSS between both models remain below 3.5% throughout the cardiac cycle, both in the dome and the neck of the aneurysms. It is concluded that, under the simulated conditions, the newtonian model provides a reliable approximation for estimating WSS, reducing computational cost without compromising accuracy.

Author Biographies

Nicolás Muzi, Departamento de Física y Matemática, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, Universidad Nacional de Cuyo. Instituto de Ingeniería y Ciencias Aplicadas a la Industria, CONICET – UNCUYO, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina

Profesor Adjunto y Jefe de Trabajos Prácticos en FCAI-UNCUYO y becario doctoral en CONICET. Desarrollo de herramientas computacionales para procesar y generar mallas triangulares de superficie para su uso en modelar la biomecánica de arterias cerebrales. Manejo avanzado de Matlab/Octave. Implementación e integración de códigos en C++ que emplean librerías VTK y CGAL para visualizar y procesar mallas de superficies. Experiencia en visualización y generación de mallas tetraédricas. En laO actualidad desarrolla tareas de investigación y perfeccionamiento para desarrollar modelos de la mecanobiología del endotelio cerebral en tejidos endoteliales tridimensionales.

Daniel Millán, Departamento de Física y Matemática, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, Universidad Nacional de Cuyo, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina. Instituto de Ingeniería y Ciencias Aplicadas a la Industria, CONICET – UNCUYO, San Rafael, M5600AGP, Mendoza, Argentina.

Departamento de Ingeniería Mecánica
Director Normalizador
Profesor Titular Interino DS
Investigador Adjunto CONICET 

Published

30-07-2025