التماسك البصري التصوير المقطعي القائم على تحليل التفاعل بين السائل الميكانيكي الحيوي وهيكل تطور تصلب الشرايين التاجية

تصلب الشرايين هو واحد من الأسباب الرئيسية للوفاة والمراضة في العالم، وانها متعددة العوامل والطبيعة المعقدة يجعل نهجا متعدد التخصصات لمعالجته مهم. الآن ، والتصوير هو أداة قوية لتحليل مورفولوجيا الأسود لكنه لا يمكن أن تعطينا حتى الآن فهم الآليات الأساسية للعمل. وهنا يأتي وقت المحاكاة الحسابية.

من وجهة نظر ديناميات السوائل، ونحن نعلم أن عوامل مثل جدار القص الإجهاد تدفق الدم intobio يمكن أن تؤثر على وظيفة الخلية البطانية وعمليات النقل الجديدة المشاركة في تشكيل تصلب الشرايين. ولكن لفهم حقا الميكانيكا المريض محددة، وتقنيات التفاعل بنية السوائل، أو قصيرة عرضية، يمكن استخدامها لمحاكاة التفاعل بين تدفق الدم، وميكانيكا الشرايين ووظيفة القلب العامة. وهذه المنهجية تقدم نهجا للقيام بذلك تماما، من خلال إعادة بناء ومحاكاة الشريان التاجي للمريض ميكانيكيا من التصوير المقطعي للتماسك البصري، أو OCT لتصوير الأوعية القصير والغازي.

ثم ناقشنا أيضا نتائج الصلة السريرية والمقارنات لمتابعة التصوير. الآن ، يتم بناء الأساسيات وراء المنهجية على العنصر المحدود وأساليب الحجم المحدود. وبينما نثبت طريقة المحاكاة هنا باستخدام البرنامج التجاري ، يمكن تكييف إجراء ANSYS مع أي برنامج أو رموز قادرة عرضية.

تطابق خط الأساس ومتابعة الصور أكتوبر، وذلك باستخدام المعالم التشريحية، مثل التشعبات واستخدام الصور بدءا مباشرة قريبة من التشعب الأكثر وضوحا وdistal إلى التشعب الأكثر قربا. الصور بين هذه المعالم هي أن يتم تحليل تحميل الصورة الأولى في digitizer ووضع علامة على نقاط مركز القسطرة وحدود للمقياس. تصدير هذه النقاط لاستخدامها في وقت لاحق، بمناسبة حافة التجويف، بدءا من نفس الموقع في كل صورة والتأكد من التقاط منحنيات التجويف بدقة قدر الإمكان.

ترك فجوة حول القطع الأثرية وعملية إعادة الإعمار سوف تترناف عبر هذه المناطق في مرحلة لاحقة. تصدير هذه الملفات إلى تنسيق بيانات وتكرار هذا لكل صورة. في برنامج دوت كوم الخاص بك، استخراج الجدار الخارجي في مناطق التوهين عالية، وذلك باستخدام أجزاء مرئية من الغشاء المرن الخارجي لتناسب القطع الناقص، لتقدير موقع الجدار الخارجي، وتحديد قوس الدهون، وحسابه إلى سنترويد التجويف، ونتف سمك الغطاء.

وسوف تستخدم هذه لتحليل تطور الآفة جنبا إلى جنب مع منطقة التجويف. ثم استيراد هذه الصور مضافا إلى رقمنة الصورة لتحديد نقاط الجدار الخارجي. وبالمثل بالنسبة لاختيار الدهون، سطح الدهون، بدءا من نفس نهاية الدهون في كل حالة، تحميل الصورة الوعائية الأولى في رقمنة الصورة، حدد حواف القسطرة لتوسيع نطاق الصورة في خطوات لاحقة.

ومن ثم وضع علامة على الخط المركزي القسطرة بدءا من علامة قريبة وتتحرك distally مع نقاط متباعدة بالتساوي. تصدير البيانات إلى تنسيق التكيف. كرر هذه الخطوات لكل صورة قبل تنفيذ عملية إعادة بناء المقطع العرضي.

في استيراد برنامج النمذجة 3D وتوليد المقاطع العرضية، ملف واحد في وقت واحد، لإنشاء مكون الصلبة، حدد جميع المنحنيات وقفل لهم معا، وضمان أن يتم تحديد إضافة المجمدة لتوليد الصلبة الجديدة. الآن تنفيذ هذه الخطوات للتشحيم والدهون والجدار الخارجي. لطرح التجويف والدهون من جدار الشريان، قم بإنشاء عملية منطقية واختر الجسم المستهدف كجدار والدهون واللومينا كجسم أداة.

من المهم مشاركة التصنيف بين الجدار والدهون لضمان مشاركة العقد الشبكية في الخطوات المستقبلية. للقيام بذلك، تسليط الضوء على الجدار والدهون، وانقر بزر الماوس الأيمن لإنشاء جزء. لتعيين خصائص المواد للشريان والدهون إدخال البيانات الهندسية وإضافة مادة جديدة تسمى كثافة الشريان السحب ونموذج خمسة معلمة موني ريفرلاند وتعيين المعلمات الخاصة بهم.

كرر هذا للدهون وعنصر المحرك، وقمع عنصر التجويف وتعيين المواد المحددة سابقا إلى الشريان والمواد الصلبة الدهون. الهندسة تحتاج الآن إلى أن تكون متشابكة، تعيين تفضيل الفيزياء إلى الميكانيكية غير الخطية وتحديد حجم شبكة. هنا استخدمنا التشابك التكيفي مع الحجم المستهدف من 0.14 ملليمتر.

ضبط تفضيلات شبكة حسب الحاجة للحصول على قيم وحدة قناع معقول. هنا نهدف إلى ما لا يقل عن اثنين إلى ثلاثة عناصر شبكة عبر الثغرات، مثل الغطاء الليفي. قد يستغرق إنشاء الشبكة بعض الوقت بسبب الهندسة المعقدة.

بالنسبة لمحاكاة FSI، قم بإيقاف تشغيل الوقت التلقائي، وحدد خطوة فرعية كخطوة واحدة وحدد وقت انتهاء المحاكاة. في هذه الحالة 0.8 ثانية، اقتران النظام نتحكم في الوقت والخطوات الفرعية، تعيين نوع حلالا إلى التحكم في البرنامج لاستخدام إما الأسلوب المباشر أو التكراري. الطرق المباشرة هي أكثر قوة، ولكن استخدام كمية كبيرة من الذاكرة.

تعيين الحكام نيوتن وطريقة لكامل. حدد مجال اقتران النظام كجدار داخلي للشريان عن طريق إدخال واجهة صلبة سائلة. هذا سوف يمر البيانات بين الهيكل والسوائل في هذا الموقع.

يمكن إدخال شروط حدود الإزاحة كدالة إزاحة في اتجاه X و Y و Z، وتطبيقها في المدخل والمنافذ. للمساعدة في استكشاف الأخطاء وإصلاحها ضمن إدراج علامة التبويب الحل لبقايا طوافات نيوتن. ويمكن الاطلاع على هذه إذا ظهرت أخطاء للعثور على الهندسة المزعجة أو مواقع شبكة.

أدخل علامة التبويب نموذج، والتحقق من وحدات وقمع الشريان وجزء الدهون. قيادة مجال السوائل. حدد مقاييس الشبكة وولد الشبكة، وتحقق من الانحراف وضبط إذا لزم الأمر.

من الممارسات الجيدة استخدام شبكة وشكل مماثلين للحجم كما فعلنا في الجزء الهيكلي في المناطق التي يحدث فيها التفاعل الصلب السائل. إنشاء تحديدات اسم للمدخل، منفذ والجدار، ليتم تمريرها إلى بطلاقة. أدخل الآن علامة التبويب الإعداد وتأكد من تمكين الموضع المزدوج.

تعيين نوع solver إلى الضغط استنادا والتأكد من أن الوقت يتم تعيين عابرة. تمكين نموذج الاضطراب اللزج K-أوميغا وتمكين نقل الإجهاد الهائل والتصحيحات منخفضة إعادة. لتمكين نماذج اللزوجة غير الخطية مع الاضطراب.

أدخل الأمر التالي في وحدة التحكم الأمر وأدخل نعم عند المطالبة. تحت المواد، والآن تحديد خصائص الدم، من خلال إدخال الكثافة واختيار قانون الطاقة غير النيوتونية من القائمة المنسدلة اللزوجة. Compile، يمكنني استخدام وظيفة محددة، تحتوي على سرعة الدم عابرة والضغط التحقق من سطر الأوامر عن أي أخطاء.

الآن تحميل UVF. ويمكن تطبيق هذه على مدخل ومنفذ. تمكين شبكة ديناميكية، بما في ذلك تنعيم، إعادة ربط، وست درجات من حلالي الحرية، ووضع المعلمة نشر 1.5 والمقاييس الحد الأقصى والحد الأدنى المناسب للشبكة الخاصة بك.

إنشاء منطقة شبكة ديناميكية جديدة، وتحديد جدار التجويف واختيار اقتران النظام. هذه هي الواجهة لتمرير البيانات إلى مكون الشريان للمحاكاة. إنشاء مناطق شبكة تشكيل للمدخل، منفذ والتجويف الداخلية مع القيم المناسبة لمقياس شبكة.

غالبا ما ترتبط أخطاء حجم الخلية السلبية بهذه الشبكة الديناميكية. لذا تحقق بعناية وضبط جداول الشبكة إذا لزم الأمر ، لكل منطقة ، تأكد من تعيين اقتران سرعة الضغط إلى زوجين وتعيين صياغة عابرة ومخططات التدريب المكاني إلى الدرجة الثانية. في عناصر التحكم أدخل عدد الحالي من اثنين وتعيين معايير التقارب المتبقية في علامة التبويب الشاشات.

هنا، استخدمنا قيمة 1 هنا إلى 5 خمسة للاستمرارية وثمانية من ناقص ستة للفترة المتبقية. لتعريف دالة مخصصة لنتائج مثل helicity تطبيع المحلية حدد دالات مخصصة ضمن علامة التبويب معلمات والتخصيص وإدراج دالة جديدة. استخدم الإطار المنبثق لتعريف حسب الضرورة.

في علامة التبويب حساب التشغيل، قم بتعيين عدد مرات الخطوات إلى 160 مع حجم خطوة زمنية من خمسة مللي ثانية وعدد من التكرارات إلى 300. تأكد من تمكين أخذ عينات البيانات لإحصاءات الوقت وتأكد من تحديد إحصائيات الجدار وضغوط القص التدفقي بالإضافة إلى وظيفة مخصصة محددة مسبقا. إنشاء تصدير بيانات في أنشطة الحساب، وتحديد الخيار متوافق مع نشر عقود الفروقات للمعالجة اللاحقة.

إذا كنت ترغب في معالجة النتائج في برنامج منفصل، قم بضبط نوع التصدير حسب الضرورة. حدد جميع المناطق والنتائج التي ترغب في تصديرها. وأخيرا، تهيئة المحاكاة مع مخطط هجين.

تأكد من توصيل كل من إعدادات التأثير الهيكلي باقتران النظام وتحديثه. في اقتران النظام، قم بتعيين وقت النهاية إلى 0.8 ثانية والطازم الزمني إلى 5 مللي ثانية، بشكل عام بين 10 و 15 تكرارا ككافية شريطة أن تتلاقى المكونات الهيكلية والسوائل بشكل جيد. حدد الجدار واجهة صلبة من السوائل والمكونات الهيكلية، على التوالي وتحرير نقل، وضبط تحت الاسترخاء أو منحدر من القوة التي يتم نقلها من السوائل إلى هيكل للمساعدة في التقارب.

عندما تكون جاهزة للتشغيل، انقر فوق تحديث، تتم طباعة بيانات المحاكاة مثل التقارب الهيكلي fluid والتقارب نقل البيانات الخاصة بهم في وحدة التحكم. لاحظ أن محاكاة FSI مكلفة حسابيا ، حيث تستغرق هذه المحاكاة ما يقرب من 11 يوما على جهاز أساسي 16. هنا ركزنا على ثلاث نتائج الميكانيكا الحيوية الهامة، وهي ضغوط القص الجدار، وخصائص التدفق داخل الألومنيوم من خلال helicity تطبيع المحلية، والإجهاد الهيكلي في شكل الإجهاد فون ميسس فعالة.

الإجهاد المطلق مدفوع إلى حد كبير بسرعة الدم. كما يمكننا أن نرى هنا ، ومع ذلك ، يمكن أن يكون التحليل الأكثر تفصيلا لمتوسط الوقت الإجهاد المطلق ، ومؤشر القص الانفرادي ، وهو مقياس لعكس التدفق وحقول ناقلات الإجهاد المطلقة الأساسية ، أكثر إفادة سريريا ، خاصة من خلال البحث عن مناطق الجذب ، والتي يمكن أن ترسم في monocytes وتؤدي إلى نمو البلاك. يمكننا كذلك تصور أنماط تدفق الهولياكال في جميع أنحاء التجويف مع helicity تطبيع المحلية للمساعدة في تصور العلاقة بين هياكل التدفق الهليكال ونمو البلاك.

وأخيرا، يمكن أن يشير ارتفاع ضغط فون ميسس في جدار الشريان إلى مناطق الخلل الخلوي أو الضرر بسبب زيادة التحميل أو اقتراح المواقع المحتملة لتمزق البلاك، خاصة بسبب القبعات الليفية الأرق أو الإجهاد الذي يكثف في مناطق الكتف نتف. ونحن نرى أيضا أن الإجهاد مدفوع انحناء الشرايين والانكماش في غطاء ليفي قريب. في حين أن الإجهاد التقطير مدفوع بضغط الدم نتيجتنا ، يتم وضع محاكاة FSI بشكل فريد لالتقاطها.

من خلال المقارنة مع متابعة التصوير. نرى انخفاضا في منطقة التجويف في منطقة البعيدة من الشريان ، والذي يرتبط أيضا بزيادة في إجمالي القوس السائل ، مما يشير إلى تطور الآفة. وعلى سبيل المقارنة، تشهد المنطقة القريبة انخفاضا طفيفا في منطقة التجويف، ولكن انخفاضا كبيرا في سمك الغطاء الليفي مما يشير إلى الانتقال إلى النمط الظاهري الأكثر ضعفا.

ويمكن بعد ذلك مقارنة هذه المناطق أو التقدم أو الانحدار إلى محاكاة FSI الأساسية من خلال تحليل الأنماط في إجهاد القص الحربي والتدفق داخل الألومين والإجهاد الهيكلي. حسنا، هذه المنهجية معروضة لقضية واحدة. يتم الحصول على تحليل على مجموعات البيانات الأكبر لتحديد الأهمية الإحصائية لأي ارتباطات.

شيء نأمل أن تساعد هذه المنهجية معه. في هذه الطريقة، لقد وصفنا خطوات لإعادة بناء ومحاكاة الحيوي ميكانيكيا الشريان التاجي للمريض، وذلك باستخدام تقنيات التفاعل هيكل السوائل. وصفنا عملية استخراج التجويف والدهون والجدران الخارجية من أكتوبر وإعادة إنشاء الشكل ثلاثي الأبعاد ، قبل وصف عملية التشابك ، ووضع ظروف الحدود ومجالات اقتران النظام.

وأخيرا ، تشغيل المحاكاة ونتائج ما بعد المعالجة. تمت مناقشة ترجمة خصائص التدفق داخل الألومينية للإجهاد المطلق ، والاستجابة الهيكلية في الشريان للوسط السريري ، من حيث تطور الآفة مع الميكانيكا الحيوية القائمة على FSI ، مما يدل على إمكانية تقديم صورة أكثر اكتمالا ، للحالة الحالية للمريض والتشخيص. الآن ، في حين أن FSI لا تزال تتطور إلى حد كبير وطريقة مكلفة حسابيا ، ونحن نعتقد أن العملية التي تصف هذه المنهجية يمكن أن يبنى على مزيد من واستخدامها للمساعدة في صنع القرار السريري المحيطة تطور تصلب الشرايين.