Комп’ютерне моделювання в біомеханіці кровообігу
Анотація
Деякі серцево-судинні патології, пов'язані з варіаціями геометрії, властивостей стінок та порушеннями мікроциркуляції, можуть бути вивчені за допомогою комп’ютерного моделювання. Запропоновано математичну модель, яка дозволяє обчислювати параметри кровообігу - швидкості крові та тиску, переміщення стінок артерії - для складного судинного дерева в режимі реального часу. Геометрична модель побудована на детальних морфометричних даних системних артерій судинного русла (більше 1000 артеріальних сегментів). Модель аорти складається з 32 аортальних сегментів та 59 бічних гілок аорти, у тому числі крупні та середні судини. Математична модель кровотоку в системі описана на основі моделі Уомерслі з використанням умов безперервності тиску та об'ємної швидкості на біфуркаціях артерій. На основі моделі були розраховані параметри кровообігу. Показано, що індивідуальна геометрія відіграє істотну роль у розташуванні позитивних та негативних хвиль відбиття уздовж аорти. Модель може бути використана для медичної діагностики, дозволяючи виявити небезпечні ділянки в індивідуальній геометрії русла пацієнта.
Завантаження
Посилання
/Посилання
Nichols W.N. McDonald's Blood Flow in Arteries, 6-th Ed.: Theoretical, Experimental and Clinical Principles. / Nichols W.N., O'Rourke M., Vlachopoulos C. - CRC Press, 2011. - 768 p.
Кізілова Н.М. Нові напрямки і перспективи теорії пульсових хвиль в артеріях. // Сучасні проблеми біомеханіки. - М .: Вид-во Московського університету. - 2006. - Вип. 11. - С. 44-63.
Kassab G.S. Biomechanics of the cardiovascular system: the aorta as an illustratory example. // J. R. Soc. Interface. - 2006. - vol. 3. - P. 719-740.
Zenin O.K. Studies on the structure of human coronary vasculature / Zenin O.K., Kizilova N.N., Filippova E.N. Biophysics.-2007.-vol.52, No 5.- pp. 499-503.
Taylor C.A. Patient-specific modeling of cardiovascular mechanics / Taylor C.A, Figueroa C.A. // Annu. Rev. Biomed. Eng. – 2009. – vol.11. – P. 109-134.
Соловйова О.М. Комп'ютерне моделювання в біомеханіки кровообігу / Соловйова О.М., Кизилова М.М. // Праці міжнародної науково-технічної конференции "компютерний моделювання в наукоємних технологіях", Харків. - 2018. - C. 282-285.
Xiao N. A Systematic Comparison between 1-D and 3-D Hemodynamics in Compliant Arterial Models / Xiao N., Alastruey J., Figueroa C.A. // Int. J. Numer. Method. Biomed. Eng. - 2014. - vol.30, N2. - P. 204-231.
Зенін О.К. Артеріальна система людини в цифрах і формулах / Зенін О.К., Гусак В.К., Кірьякулов Г.С. та ін. - Донецьк: «Донбас». - 2002. - 196с.
Kizilova N. Modeling of Pulse Wave Propagation and Reflection along Human Aort / Kizilova N., Solovyova H., Mizerski J. // Springer Series «Advances in Intelligent Systems and Computing”, vol.831, -2019. - P. 23-35.
Westerhof B.E. Quantification of Wave Reflection in the Human Aorta From Pressure Alone. A Proof of Principle / Westerhof B.E., Guelen I., Westerhof N., et al. // Hypertension – 2006. – vol. 48, N 4. – P. 595-601.
Blanco P.J. An anatomically detailed arterial network model for onedimensional computational hemodynamics / Blanco P.J., Watanabe S.M., Passos M.A., et al. // IEEE Trans. Biomed. Eng. – 2015. - vol. 62, N 2. – P.736–753.
Latham R.D., Westerhof N., Sipkema P., et al. Regional wave travel and reflections along the human aorta: a study with six simultaneous micromanometric pressures / Latham R.D., Westerhof N., Sipkema P., et al. // Circulation – 1985. - vol. 72, N 6. – P. 1257-1269.
Vappou J., Luo J., Okajima K., et al. Aortic pulse wave velocity measured by pulse wave imaging (PWI): A comparison with applanation tonometry / Vappou J., Luo J., Okajima K., et al. // Artery Res. – 2011. - vol. 5, N 2. – P. 65-71.
W.N. Nichols, McDonald's Blood Flow in Arteries, 6-th Ed.: Theoretical, Experimental and Clinical Principles. / W.N. Nichols, M. O'Rourke, C. Vlachopoulos - CRC Press, 768 p. 2011.
N.N. Kіzіlova, “New directions and perspectives of the theory of pulse waves in the arteries.” Modern problems of biomechanics. - M.: Publishing House of Moscow University, no. 11, pp. 44-63. 2006. [in Russian]
G.S. Kassab, “Biomechanics of the cardiovascular system: the aorta as an illustratory example.” J. R. Soc. Interface, vol. 3, pp. 719-740. 2006.
O. K. Zenin, “Studies on the structure of human coronary vasculature.” / O.K.Zenin, N.N.Kizilova, E.N.Filippova. Biophysics. vol.52, no 5, pp. 499-503. 2007.
C.A.Taylor and C.A. Figueroa, “ Patient-specific modeling of cardiovascular mechanics”, Annu. Rev. Biomed. Eng. vol.11, pp. 109-134. 2009.
E.N. Solovyova and N.N. Kizilova, “Computer simulation in blood circulation biomechanics.” Proceedings of the International Scientific and Technical Conference "Computer Modeling in High-Tech", Kharkiv. pp. 282-285. 2018. [in Russian]
N.Xiao, “Systematic Comparison between 1-D and 3-D Hemodynamics in Compliant Arterial Models.” / N.Xiao , J. Alastruey , C. Figueroa, Int. J. Numer. Method. Biomed. Eng., vol.30, no. 2. pp. 204-231. 2014.
O.K. Zenin, “ Human arterial system in numbers and formulas.” / O.K.Zenin, V.K.Gusak, G.S. Kiryakulov. Donetsk: Donbass. 196 p. 2002.
N. Kizilova, “Modeling of Pulse Wave Propagation and Reflection along Human Aorta.” / N. Kizilova, H. Solovyova, J. Mizerski. Springer Series «Advances in Intelligent Systems and Computing”, vol.831, pp. 23-35. 2019.
B.E. Westerhof , “Quantification of Wave Reflection in the Human Aorta From Pressure Alone. A Proof of Principle.” /B.E. Westerhof, I.Guelen, N. Westerhof , et al. ,Hypertension,vol. 48, no. 4., pp. 595-601. 2006.
P.J. Blanco, “An anatomically detailed arterial network model for onedimensional computational hemodynamics.” /P.J. Blanco , S.M. Watanabe, M.A. Passos, et al., IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 62, no. 2, pp.736–753. 2015.
R.D. Latham, ”Regional wave travel and reflections along the human aorta: a study with six simultaneous micromanometric pressures.” / R.D. Latham, N. Westerhof, P. Sipkema, et al. Circulation, vol. 72, no 6, pp. 1257-1269. 1985.
J. Vappou, “Aortic pulse wave velocity measured by pulse wave imaging (PWI): A comparison with applanation tonometry.” / J.Vappou , J. Luo, K.Okajima, et al. Artery Res., vol. 5, no. 2, pp. 65-71. 2011.
