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物理学 > 医学物理

arXiv:1911.00107 (physics)
[提交于 2019年10月30日 ]

标题: 心脏流动的模拟:几何简化分析

标题: Simulation of Cardiac Flow: Analysis of Geometry Simplification

Authors:Fanwei Kong, Christoph Augustin, Kevin Sack, Shawn Shadden
摘要: 心血管疾病(CVDs)是全球死亡率的主要原因。 左心室(LV)的收缩和舒张是血液循环的主要驱动力。 改变的LV血流动力学被认为与许多CVDs的起始和进展有关。 因此,理解并评估患者LV内的流动模式被认为对于在早期阶段捕捉并随后治疗心血管功能障碍至关重要,以降低死亡率和发病率。 计算流体动力学(CFD)模型,通常从患者特定的医学影像中推导出来,已被用于提供对个体LV流动模式和压力场更基本的理解。 这种基于图像的建模可能提高诊断能力、治疗方案,并帮助临床医生选择最有效的CVDs治疗方法。 大多数以前的心室流动研究从体内超声或心脏磁共振成像(MRI)图像中获取LV壁几何结构,分辨率有限。 这些模型几何结构通常高度简化,通常缺乏LV的乳头肌(PM)和皱褶的肌小梁结构。 由于LV流动模式对几何形状敏感,了解这种简化的建模对室内流动和压力的影响非常重要。 在这里,我们将CFD建模应用于一个具有详细心室结构和运动的特定于受试者的猪LV模型,该模型来自基于高分辨率图像数据的先前固体力学有限元(FE)模拟。 我们简化了详细的LV内膜表面以去除PM和肌小梁结构,并构建了一个平滑模型,类似于体内MRI图像的分辨率。 然后我们将简化模型的模拟LV流动模式和压力与复杂模型的进行比较。
摘要: Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading causes of mortality worldwide. The contraction and relaxation of left ventricle (LV) is the main driving force of blood circulation. Altered LV hemodynamics is believed to be associated with the initiation and progression of many CVDs. Thus, understanding and evaluating the flow pattern inside a patient LV is thought to be essential to capture, and subsequently treat, cardiovascular dysfunction at early stages to reduce the mortality and morbidity rates. Computational fluid dynamics (CFD) models, often derived from patient-specific medical imaging, have been used to provide a more fundamental understanding of individual LV flow patterns and pressure fields. Such image-based modeling may advance diagnostic capabilities, treatment protocols and help guide clinicians to choose the most effective therapy of CVDs. Most prior ventricular flow studies obtained LV wall geometries from in vivo ultrasound-based or cardiac magnetic resonance imaging (MRI) images with limited resolution. The model geometries were often highly simplified and usually lacked the papillary muscles (PM) and the corrugated trabecular structures of the LV. Since the LV flow pattern is sensitive to geometry, it is important to understand the effect of this simplification on modeling intraventricular flow and pressure. Here we apply CFD modeling to a subject-specific porcine LV model with detailed ventricular structures and motion obtained from previous solid mechanics finite-element (FE) simulations based on high-resolution image data. We simplified the detailed LV endocardial surfaces to remove PM and trabecular structures and built a smoothed model that resembles the resolution of in vivo MRI images. We then compare the simulated LV flow pattern and pressure of the simplified models to those of the complex model.
评论: 这项工作得到了国家科学基金会 SI2-SSI #1663671 的支持,该项目还获得了欧洲联盟地平线 2020 研究和创新计划下玛丽亚·斯克沃多夫斯卡-居里行动 H2020-MSCA-IF-2016 InsiliCardio 的资金,项目编号为 750835,资助对象为 CMA。
主题: 医学物理 (physics.med-ph)
引用方式: arXiv:1911.00107 [physics.med-ph]
  (或者 arXiv:1911.00107v1 [physics.med-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1911.00107
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Christoph M Augustin [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2019 年 10 月 30 日 08:04:26 UTC (1,144 KB)
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