טומוגרפיה קוהרנטית אופטית מבוסס ביומכנית נוזל מבנה ניתוח של טרשת עורקים כלילית התקדמות

טרשת עורקים היא אחד הגורמים המובילים למוות ותחלואה עולמיים, ואופיו הרב-גורמי והמורכב הופך גישה רב-תחומית להתמודדות עם זה לחשוב. עכשיו, הדמיה היא כלי רב עוצמה לנתח מורפולוגיה שחורה אבל זה עדיין לא יכול לתת לנו הבנה של מנגנוני העבודה הבסיסיים. וכאן נכנסת ל ל.

מנקודת מבט של דינמיקת נוזלים, אנו יודעים כי גורמים כגון לחץ גזוז קיר לתוך זרימת הדם של אנדותל ותהליכי הובלה חדשים המעורבים בהיווצרות טרשת עורקים. אבל כדי להבין באמת את המכניקה הספציפית של המטופל, טכניקות אינטראקציה מבנה נוזלים, או קצר אפיזודי, יכול לשמש כדי לדמות את האינטראקציה בין זרימת הדם, מכניקת העורק ותפקוד הלב הכללי. ומתודולוגיה זו מציגה גישה לעשות בדיוק את זה, על ידי שחזור וביו הדמיה מכנית של העורק הכלילי של המטופל מטומוגרפיה קוהרנטית אופטית, או OCT לאנגיוגרפיה קצרה ופולשנית.

לאחר מכן דנו גם בתוצאות הרלוונטיות הקלינית ובהשוואות להדמיית מעקב. עכשיו, היסודות מאחורי המתודולוגיה בנויים על האלמנט הסופי ושיטות נפח סופיות. ובעוד אנו מדגימים את שיטת הסימולציה כאן באמצעות התוכנה המסחרית, הליך ANSYS יכול להיות מותאם לכל תוכנה או קודים בעלי יכולת אפיזודית.

התאם תמונות OCT בסיסיות ומעקב, באמצעות ציוני דרך אנטומיים, כגון bifurcations ושימוש בתמונות החל מיד קרוב bifurcation דיסטלי ביותר דיסטליה כדי bifurcation הפרוקסימלי ביותר. יש לנתח את התמונות בין ציוני דרך אלה טען את התמונה הראשונה לדיגיטציה וסמן את נקודות מרכז הצנתר ואת הגבולות עבור קנה המידה. יצא נקודות אלה לשימוש מאוחר יותר, לסמן את קצה לומן, החל מאותו מיקום בכל תמונה ולהיות בטוח ללכוד את הקימורים של לומן בצורה מדויקת ככל האפשר.

השאר פער על החפצים כמו תהליך השחזור יהיה interpolate על פני אזורים אלה בשלב מאוחר יותר. יצא קבצים אלה לתבנית נתונים וחזור על כך עבור כל תמונה. בתוכנת הדוט.קום שלך, לחלץ את הקיר החיצוני באזורי החלאה גבוהה, באמצעות חלקים גלויים של הממברנה האלסטית החיצונית כדי להתאים אליפסה, כדי להעריך את מיקום הקיר החיצוני, להגדיר את קשת השומנים, לחשב אותו ללומן centroid, ולתלוש עובי כובע.

אלה ישמשו לניתוח התקדמות הנגע יחד עם אזור לומן. לאחר מכן יבאו את התמונות עם הכיתוב לדיגיטציה של התמונה כדי לבחור את נקודות הקיר החיצוניות. באופן דומה עבור השומנים לבחור, משטח השומנים, החל מאותו קצה של השומנים בכל מקרה, טען את התמונה אנגיוגרפית הראשונה דיגיטייזר התמונה, לבחור את הקצוות של הקטטר כדי לשנות את קנה המידה של התמונה בשלבים מאוחרים יותר.

ואז לסמן את הקו המרכזי של הקטטר מתחיל עם הסמן הפרוקסימלי ונע בצורה דקה עם נקודות מרווחות באופן שווה. יצא את הנתונים כדי להתאים תבנית. חזור על שלבים אלה עבור כל תמונה לפני ביצוע תהליך שחזור החתך.

בתוכנת מידול תלת-ממדית מייבאים ויוצרים את החתכים, קובץ אחד בכל פעם, כדי ליצור רכיב מוצק, לבחור את כל העקומות ולנעול אותן יחד, להבטיח כי להוסיף קפוא נבחר כדי ליצור מוצק חדש. עכשיו לבצע את השלבים האלה עבור לומן, שומנים וקיר החיצוני. כדי להחסיר את הלומן והשומנים מקיר העורק, ליצור פעולה בוליאנית ולבחור את גוף היעד כמו הקיר ואת השומנים ואת לומינה כגוף הכלי.

חשוב לשתף טיפולוגיה בין הקיר לבין השומנים כדי להבטיח כי צמתי רשת משותפים בשלבים עתידיים. כדי לעשות זאת, להדגיש את הקיר ואת השומנים שלהם, ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני כדי ליצור חלק. כדי להגדיר את תכונות החומר עבור העורק ואת השומנים להזין נתונים הנדסיים ולהוסיף חומר חדש שנקרא צפיפות גרירת עורק ואת חמישה הפרמטרים מוני ריברלנד מודל ולהגדיר את הפרמטרים שלהם.

חזור על זה עבור השומנים ועל הרכיב המוטורי, לדכא את רכיב לומן ולהקצות את החומרים שהוגדרו בעבר לעורק ומוצקי השומנים. הגיאומטריה צריכה להיות כעת יש רשת, להגדיר את העדפת הפיזיקה מכני לא ליניארי ולציין את גודל רשת שינוי. כאן השתמשנו רשת אדפטיבית עם גודל היעד של 0.14 מילימטרים.

התאימו את העדפות רשת-השתן לפי הצורך כדי להשיג ערכי יחידת מסיכה סבירים. כאן אנו שואפים לפחות שניים עד שלושה אלמנטים רשת על פני פערים, כגון המכסה סיבי. יצירת הרשת עשויה להימשך זמן מה עקב הגיאומטריה המורכבת.

עבור סימולציות FSI, בטל את הזמן האוטומטי, הגדר שלב משנה כשלב אחד והגדר את שעת הסיום של הסימולציה. במקרה זה 0.8 שניות, צימוד המערכת אנו שולטים בשלבי הזמן והתת, הגדר את סוג Solver לבקרת התוכנית לשימוש בשיטה הישירה או האיטרטיבית. שיטות ישירות חזקות יותר, אך משתמשות בכמות משמעותית יותר זיכרון.

הגדר את הנציגים והשיטה של ניוטון במלואם. ציין את תחום צימוד המערכת כקיר הפנימי של העורק על-ידי החדרת ממשק מוצק נוזלי. פעולה זו תעביר נתונים בין המבנה לנוזל במיקום זה.

ניתן להזין את תנאי גבול ההעתקה כפונקציית תזוזה בכיוון X, Y ו- Z, החלה בכניסה ובשקעים. כדי לסייע בפתרון שגיאות תחת הוספת כרטיסיית הפתרון עבור שיורית רפסודות ניוטון. ניתן להציג אותם אם מתעוררות שגיאות כדי למצוא את הגיאומטריה הבעייתית או מיקומי רשת.

הזן את לשונית הדגם, בדוק את היחידות והעלים את החלק של העורק והשומנים. מוביל את תחום הנוזלים. ציין את מדדי הרשת וצור את רשת שינוי, בדיקת ההטיה והתאמת במידת הצורך.

זה תרגול טוב להשתמש רשת גודל דומה וצורה כפי שעשינו בחלק המבני על האזורים שבהם אינטראקציה מוצקה נוזל מתרחשת. צור בחירות שם עבור הכניסה, השקע והקיר, שיועברו לרהוט. כעת הזן את כרטיסיית ההתקנה וודא שהמיקום הכפול זמין.

הגדר את סוג Solver ללחץ מבוסס וודא שהזמן מוגדר ארעי. אפשר את מודל המערבולת הצמיגית K-Omega ואפשר הובלת מתח מוחלטת ותיקונים בחזרה נמוכה. כדי להפוך מודלים לא ליניאריים של צמיגות עם מערבולת.

הזן את הפקודה הבאה במסוף הפקודות והזן כן כאשר תתבקש לעשות זאת. תחת חומר, עכשיו להגדיר את תכונות הדם, על ידי הזנת צפיפות ובחירת חוק הכוח הלא ניוטוני מהרשימה הנפתחת צמיגות. קומפילציה, אני משתמש בפונקציה מוגדרת, המכילה את מהירות הדם החולפת ואת הלחץ בדיקת שורת הפקודה עבור שגיאות כלשהן.

עכשיו לטעון את UVF. אלה יכולים להיות מוחלים על המפרצון והשקע. אפשר את רשת המערכת הדינמית, כולל החלקה, רשת שינוי ושש דרגות של פותר החופש, הגדרת פרמטר הדיפוזיה 1.5 ואת קנה המידה המרבי והמינימלי המתאים עבור רשת המערכת שלך.

צור אזור רשת דינמי חדש, ציין את קיר הלומן ובחר צימוד מערכת. זהו הממשק להעברת נתונים לרכיב העורק של הסימולציה. צור את אזורי רשת שינוי הצורה עבור הלומן נכנס, שקע ופנים עם ערכים מתאימים עבור קנה המידה רשת.

לעתים קרובות שגיאות שליליות של עוצמת תאים משויכות לרשת מערכת דינאמית זו. אז בדקו היטב והתאמו את סולמות הרשת במידת הצורך, עבור כל אזור, ודאו שצימוד מהירות הלחץ מוגדר לזוג והגדירו את הניסוח החולף ואת תוכניות הנפרדות המרחבית לסדר שני. בפקדים הזן מספר נוכחי של שניים והגדר את קריטריוני ההתכנסות השיורית בכרטיסיה צגים.

כאן, השתמשנו בערך של 1 כאן ל-5 להמשכיות ושמונה מתוך מינוס שש עבור השארית. כדי להגדיר פונקציה מותאמת אישית עבור תוצאות כגון helicity מנורמלת מקומית, בחר פונקציות מותאמות אישית, תחת הכרטיסיה פרמטרים והתאמה אישית, והוסף פונקציה חדשה. השתמש בחלון המוקפץ כדי להגדיר לפי הצורך.

בכרטיסיה חישוב ריצה, הגדר את מספר הפעמים שלבים ל- 160 עם גודל שלב זמן של חמש אלפיות השניה ומספר איטרציות ל- 300. ודא שדגימת הנתונים עבור סטטיסטיקת זמן מופעלת וודא שסטטיסטיקות קיר ולחצים של גיזת זרימה נבחרים, כמו גם הפונקציה המותאמת אישית שהוגדרה בעבר. צור ייצוא נתונים בפעילויות חישוב, ובחר באפשרות תואמת פוסט CFD לאחר העיבוד.

אם ברצונך לעבד תוצאות בתוכנה נפרדת, התאם את סוג הייצוא לפי הצורך. בחר את כל האזורים ואת התוצאות שברצונך לייצא. לבסוף, לאתחל את הסימולציה עם התוכנית ההיברידית.

ודא ששתי הגדרות ההשפעה המבנית מחוברות לצימוד המערכת ומתעדכנות. בצימוד מערכת, הגדר את זמן הסיום ל-0.8 שניות ואת חותמת הזמן ל-5 אלפיות השנייה, בדרך כלל בין 10 ל-15 איטרציות כמספיק בתנאי שגם הרכיבים המבניים וגם רכיבי הנוזל מתכנסים היטב. בחר את הקיר ואת הממשק המוצק מן הנוזל ואת הרכיבים המבניים, בהתאמה לערוך את ההעברה, להתאים את הרפיה תחת או השתוללות של הכוח מועבר מנוזל למבנה כדי לסייע בהתכנסות.

כאשר הם מוכנים לפעול, לחץ על עדכון, נתוני סימולציה כגון התכנסות מבנית וזורמת והתכנסות העברת הנתונים המתאימה שלהם מודפסים במסוף. שים לב כי סימולציות FSI הן יקרות מבחינה חישובית, עם סימולציה זו שלוקחת בערך 11 ימים על מכונת ליבה 16. כאן התמקדנו בשלוש תוצאות ביומכניות חשובות, כלומר לחצים של גיזת קיר, מאפייני זרימה תוך-אלומינלית דרך ההוליות הנורמלית המקומית, ומתח מבני בצורה של הלחץ האפקטיבי של פון מיס.

מתח מוחלט מונע מאוד על ידי מהירות הדם. כפי שאנו יכולים לראות כאן, עם זאת, ניתוח מפורט יותר של הלחץ העצום הממוצע בזמן, מדד הגיזה הבודד, שהוא מדד של היפוך זרימה ושדות וקטור מתח מוחלטים, יכול להיות אינפורמטיבי יותר מבחינה קלינית, במיוחד על ידי חיפוש אזורי משיכה, אשר יכול לצייר מונוציטים ולהוביל לצמיחת פלאק. אנו יכולים לדמיין עוד יותר את דפוסי הזרימה הליקאליים ברחבי הלומן עם ההליקטיות הנורמלית המקומית כדי לעזור להמשיג את הקשר בין מבני זרימה חילוניים לצמיחת פלאק.

לבסוף, מתח גבוה יותר פון מיס בקיר העורק יכול להציע אזורים של תפקוד לקוי התא או נזק עקב הגברת הטעינה או להציע אתרים סבירים של קרע פלאק, במיוחד בשל כובעים סיביים דקים יותר או מתח מתעצם באזורי כתפי המרטה. אנו רואים גם כי מתח מונע על ידי כיפוף עורקים והתכווצות במכסה סיבי פרוקסימלי. בעוד מתח זיקוק מונע על ידי לחץ דם התוצאה שלנו, סימולציות FSI ממוקמים באופן ייחודי ללכוד.

באמצעות השוואה עם הדמיית מעקב. אנו רואים ירידה באזור לומן באזור הדיסטלי של העורק, אשר קשור גם עם עלייה בקשת הנוזל הכוללת, דבר המצביע על התקדמות נגע. לשם השוואה, האזור הפרוקסימלי רואה ירידה קטנה באזור לומן, אבל ירידה גדולה בעובי הכובע סיבי מציע לעבור פנוטיפ פגיע יותר.

אזורים אלה או התקדמות או רגרסיה אז ניתן להשוות סימולציה FSI הבסיסי על ידי ניתוח דפוסים מתח גיסת מלחמה, זרימה תוך אלומינלית ולחצים מבניים. ובכן, מתודולוגיה זו מוצגת למקרה אחד. ניתוח על ערכות נתונים גדולות יותר נרכש כדי לקבוע את המשמעות הסטטיסטית של כל מתאם.

משהו שאנחנו מקווים המתודולוגיה הזאת יכולה לסייע עם. בשיטה זו, תיארנו את השלבים לשחזור ודיו באופן מכני של העורק הכלילי של המטופל, באמצעות טכניקות אינטראקציה מבנה נוזל. תיארנו את תהליך חילוץ הלומן, השומנים והקירות החיצוניים מ- OCT ושחזור הצורה התלת ממדית, לפני שתיארנו את תהליך הרשת, הגדרת תנאי גבול ותחומי צימוד מערכת.

ולבסוף, הפעלת הסימולציה ותוצאות לאחר העיבוד. התרגום של מאפייני הזרימה התוך-אלומינלית של הלחץ העצום שלנו, והתגובה המבנית בעורק לממוצע קליני, נדון גם במונחים של התקדמות נגע עם ביומכניקה מבוססת FSI, המציגה את הפוטנציאל להציג תמונה מלאה יותר, של מצבו הנוכחי של המטופל ופרוגנוזה. כעת, בעוד FSI עדיין מפתחת ויקרה מבחינה חישובית, אנו מאמינים כי ניתן לבנות עוד יותר על התהליך המתאר מתודולוגיה זו ולהשתמש בו כדי לסייע בקבלת החלטות קליניות סביב התקדמות טרשת עורקים.