관상 동맥 경화증 진행의 광학 일관성 단층 촬영 기반 생체 역학 유체 구조 상호 작용 분석

죽상 동맥 경화증은 글로벌 죽음과 이환율의 주요 원인 중 하나이며, 다인적이고 복잡한 성격은 그것을 해결하기 위해 다분야 접근 방식을 중요하게 만듭니다. 지금, 화상 진찰은 흑색 형태를 분석하는 강력한 공구입니다 그러나 아직 저희에게 일의 근본적인 기계장치의 이해를 줄 수 없습니다. 그리고 이것이 계산 시뮬레이션이 들어오는 곳입니다.

유체 역학 관점에서, 우리는 벽 전단 스트레스와 같은 요인이 내피 세포 기능과 죽상 경화증 형성에 관련된 새로운 수송 과정에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 환자의 특정 역학, 유체 구조 상호 작용 기술 또는 에피소드 짧은을 진정으로 이해하기 위해 혈류, 동맥 역학 및 일반적인 심장 기능 간의 상호 작용을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고 이 방법론은 광학 일관성 단층 촬영, 또는 짧고 침략적인 혈관 조영술에 대한 환자의 관상 동맥을 기계적으로 시뮬레이션하여 재구성하고 생체를 재구성하여 이 작업을 수행하는 방법을 제시합니다.

우리는 또한 임상 관련성 결과 및 후속 화상 진찰을 위한 비교를 토론했습니다. 이제 방법론의 기본은 유한 요소와 유한 볼륨 방법에 기반을 두고 있습니다. 그리고 상용 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션 방법을 시연하는 동안 ANSYS 절차는 모든 에피소드 가능한 소프트웨어 또는 코드에 맞게 조정할 수 있습니다.

분기와 같은 해부학적 랜드마크를 사용하여 가장 근해 분단에 대한 가장 단산적인 분기 및 단면에 즉시 근위를 시작하는 이미지를 사용하여 기준선을 일치시키고 OCT 이미지를 추적합니다. 이러한 랜드마크 사이의 이미지는 첫 번째 이미지를 디지타이저로 로드하고 카테터 중심점과 스케일에 대한 제한을 표시하도록 분석해야 합니다. 나중에 사용할 이러한 점을 내보내고, 모든 이미지의 동일한 위치에서 시작하여 루멘의 곡선을 가능한 한 정확하게 캡처해야 하는 루멘의 가장자리를 표시합니다.

재건 과정이 나중에 이러한 지역을 가로질러 보간될 때 유물에 대한 간격을 둡니다. 이러한 파일을 데이터 형식으로 내보내고 모든 이미지에 대해 이 파일을 반복합니다. 닷컴 소프트웨어에서, 높은 감쇠 영역에서 외부 벽을 추출, 타원에 맞게 외부 탄성 멤브레인의 눈에 보이는 부분을 사용하여, 외부 벽 위치를 추정하기 위해, 지질 호를 정의, 루멘 중심에 계산, 및 뽑캡 두께.

이들은 루멘 지역과 함께 병변 진행을 분석하기 위하여 이용될 것입니다. 그런 다음 이러한 오버레이 이미지를 이미지 디지타이저에 가져와 외부 벽 점을 선택합니다. 마찬가지로 지질 선택에 대해, 지질 표면은 모든 경우에 지질의 동일한 끝에서 시작하여 이미지 디지타이저에서 첫 번째 혈관 조이미지를 로드하고 카테터의 가장자리를 선택하여 나중에 이미지의 크기를 조정합니다.

그런 다음 카테터 중앙 선을 근위 마커로 시작하여 균등하게 간격이 있는 점으로 탈결하게 이동합니다. 형식을 조정하기 위해 데이터를 내보냅니다. 단면 재구성 프로세스를 수행하기 전에 모든 이미지에 대해 이러한 단계를 반복합니다.

3D 모델링 소프트웨어에서 한 번에 하나의 파일인 횡단면을 가져와 생성하여 솔리드 컴포넌트를 만들고 모든 곡선을 선택하고 함께 잠그므로 새 솔리드를 생성하기 위해 동결을 추가하도록 선택합니다. 이제 루멘, 지질 및 외부 벽에 대한 이러한 단계를 수행합니다. 동맥 벽에서 루멘과 지질을 빼려면 부울 조작을 만들고 대상 본체를 벽과 지질 및 루미나로 선택하십시오.

벽과 지질 간의 유형학을 공유하여 향후 단계에서 메시 노드를 공유하도록 하는 것이 중요합니다. 이렇게 하려면 벽과 지질을 강조 표시하고 마우스 오른쪽 단추를 클릭하여 부품을 만듭니다. 동맥 및 지질에 대한 재료 특성을 설정하려면 엔지니어링 데이터를 입력하고 동맥 드래그 밀도와 5 가지 매개 변수 무니 리버 랜드 모델이라는 새로운 재료를 추가하고 매개 변수를 설정합니다.

지질 및 모터 성분에 대해 이를 반복하고, 루멘 성분을 억제하고 이전에 정의된 물질을 동맥 및 지질 고형체에 할당합니다. 이제 형상을 메시하고, 물리 기본 설정을 비선형 기계로 설정하고, 메시 크기 조정을 지정해야 합니다. 여기서는 목표 크기0.14밀리미터의 어댑티브 메시를 사용했습니다.

적절한 마스크 단위 값을 얻기 위해 필요에 따라 메시 기본 설정을 조정합니다. 여기서는 섬유질 캡과 같은 간격에 걸쳐 적어도 2~3개의 메쉬 요소를 목표로 합니다. 메쉬를 생성하는 데는 복잡한 형상으로 인해 다소 시간이 걸릴 수 있습니다.

FSI 시뮬레이션의 경우 자동 스텝을 해제하고 하위 단계를 하나로 정의하고 시뮬레이션 종료 시간을 설정합니다. 이 경우 0.8초, 시스템 커플링은 시간 및 하위 단계를 제어하고, 솔버 유형을 프로그래밍 컨트롤로 설정하여 직접 또는 반복적 방법을 사용합니다. 직접 메서드는 더 강력하지만 메모리를 훨씬 더 많이 사용합니다.

뉴턴 심판과 메서드를 가득 채우도록 설정합니다. 유체 솔리드 인터페이스를 삽입하여 시스템 결합 도메인을 동맥의 내부 벽으로 지정합니다. 이렇게 하면 이 위치에서 구조와 유체 간에 데이터가 전달됩니다.

변위 경계 조건은 입구 및 콘센트에 적용된 X, Y 및 Z 방향의 변위 함수로 입력할 수 있습니다. 뉴턴 뗏목 잔류용 솔루션 탭 삽입에서 문제를 해결하는 데 도움을 드립니다. 귀찮은 형상 이나 메시 위치를 찾기 위해 오류가 발생하는 경우 이러한 를 볼 수 있습니다.

모델 탭을 입력하고, 장치를 확인하고 동맥과 지질 부분을 억제합니다. 유체 도메인을 선도합니다. 메시 메트릭을 지정하고 메시를 생성하고, 기울기 여부를 확인하고 필요한 경우 조정합니다.

유체 고체 상호 작용이 발생하는 영역의 구조 부분에서와 마찬가지로 유사한 크기의 메쉬및 형상을 사용하는 것이 좋습니다. 입구, 콘센트 및 벽에 대한 이름 선택을 만들어 유창하게 전달합니다. 이제 설정 탭을 입력하고 이중 위치가 활성화되었는지 확인합니다.

솔버 유형을 압력 기반으로 설정하고 시간이 일시적으로 설정되어 있는지 확인합니다. K-Omega 점성 난기류 모델을 활성화하고 투명한 스트레스 수송 및 저재 보정을 가능하게 합니다. 난기류를 가진 비선형 점도 모델을 활성화합니다.

다음 명령을 명령 콘솔에 입력하고 메시지가 표시되면 예입력합니다. 재료하에서, 이제 밀도를 입력하고 점도 드롭 다운 목록에서 비 뉴턴 전원 법을 선택하여 혈액 특성을 정의합니다. 컴파일, 나는 어떤 오류에 대한 명령줄을 확인하는 일시적인 혈액 속도와 압력을 포함하는 정의 된 기능을 사용합니다.

이제 UVF를 로드합니다. 이러한 것은 입구 및 콘센트에 적용 될 수있다. 스무딩, 재 메시 및 6도 자유 솔버를 포함한 동적 메시를 활성화하여 확산 매개변수 1.5와 메시에 적합한 최대 및 최소 스케일을 설정합니다.

새 동적 메시 영역을 만들고 루멘의 벽을 지정하고 시스템 커플링을 선택합니다. 이것은 시뮬레이션의 동맥 구성 요소에 데이터를 전달하는 인터페이스입니다. 입구, 콘센트 및 내부 루멘에 대한 형성 메쉬 영역을 메시 스케일에 적합한 값으로 만듭니다.

종종 음수 셀 볼륨 오류는 이 동적 메시와 관련이 있습니다. 따라서 각 영역에 대해 필요한 경우 메시 스케일을 주의 깊게 확인하고 조정하여 압력 속도 커플링이 결합되도록 설정하고 일시적인 제형 및 공간 불일치 체계를 두 번째 순서로 설정합니다. 컨트롤에서 현재 2개의 수를 입력하고 모니터 탭에서 잔류 수렴 기준을 설정합니다.

여기서는 연속성을 위해 55개, 나머지의 마이너스 6개 중 8개에 1값을 사용했습니다. 로컬 정규화된 헬리시티와 같은 결과에 대한 사용자 지정 함수를 정의하려면 매개 변수 및 사용자 지정 탭에서 사용자 지정 함수를 선택하고 새 함수를 삽입합니다. 팝업 창을 사용하여 필요에 따라 정의합니다.

실행 계산 탭에서 시간 단계 크기5밀리초와 여러 반복을 300으로 설정하여 160번 의 횟수를 설정합니다. 시간 통계용 데이터 샘플링이 활성화되어 있는지 확인하고 벽 통계 및 흐름 전단 응력뿐만 아니라 이전에 정의된 사용자 지정 함수를 선택하도록 합니다. 계산 활동에서 데이터 내보내기를 만들고 후처리를 위한 CFD 사후 호환 옵션을 선택합니다.

결과를 별도의 소프트웨어로 처리하려면 필요에 따라 내보내기 유형을 조정합니다. 내보낼 모든 지역과 결과를 선택합니다. 마지막으로 하이브리드 구성표로 시뮬레이션을 초기화합니다.

구조적 영향 설정이 시스템 커플링및 업데이트에 연결되어 있는지 확인합니다. 시스템 커플링에서 종료 시간을 0.8초로 설정하고 타임스탬프를 5밀리초로 설정하고, 일반적으로 구조 및 유체 구성 요소가 잘 수렴되는 경우 10~15회 반복이 충분합니다. 각각 유체 및 구조 구성 요소에서 벽 및 고체 인터페이스를 선택하고 전달을 편집하고, 융합을 돕기 위해 유체에서 구조로 이송되는 힘의 아래 이완 또는 램핑을 조정합니다.

실행 준비가 되면 업데이트를 클릭하고 구조 및 유체 수렴과 같은 시뮬레이션 데이터 및 해당 데이터 전송 수렴이 콘솔에 인쇄됩니다. FSI 시뮬레이션은 계산 비용이 많이 들며, 이 시뮬레이션은 16개의 코어 머신에서 약 11일이 걸리므로 매우 비쌉습니다. 여기서 우리는 세 가지 중요한 생체 역학 적 결과, 즉 벽 전단 응력, 현지 정규화된 헬리콥터를 통한 장루 유동 특성 및 폰 미스의 효과적인 스트레스 형태의 구조적 스트레스에 중점을 두어 왔습니다.

깎아지른 듯한 스트레스는 혈액 속도에 의해 크게 좌우됩니다. 그러나 우리가 볼 수 있듯이, 시간 평균 깎아 지른듯한 스트레스의 더 자세한 분석, 흐름 반전및 근본적인 깎아 지른듯한 응력 벡터 필드의 척도인 고독한 전단 지수는 특히 단핵구를 그리고 플라크 성장으로 이어질 수 있는 매력 영역을 찾아서 임상적으로 유익할 수 있습니다. 우리는 또한 헬리컬 흐름 구조와 플라크 성장 사이의 연결을 개념화하는 데 도움이 로컬 정규화 헬리시티와 루멘 전체에 헬리아칼 흐름 패턴을 시각화 할 수 있습니다.

마지막으로, 동맥 벽에 높은 폰 Mises 스트레스 증가 로딩 으로 인해 세포 기능 장애 또는 손상의 영역을 제안할 수 있습니다 또는 플라크 파열의 가능성이 사이트를 제안, 특히 때문에 더 얇은 섬유 캡 또는 스트레스 는 뽑아 어깨 지역에서 강화. 우리는 또한 스트레스가 근위 섬유증 캡의 동맥 굽힘 및 수축에 의해 구동된다는 것을 봅습니다. 증류 스트레스는 혈압에 의해 구동되는 반면 우리의 결과, FSI 시뮬레이션은 캡처 고유하게 배치됩니다.

후속 이미징과의 비교를 통해. 우리는 또한 전체 액체 아크의 증가와 연관되는 동맥의 탈구 부위에 있는 루멘 지역에 있는 감소를, 병변 진행을 건의합니다. 비교하여, 근위 영역은 루멘 영역에서 작은 감소를 보이지만 섬유캡 두께가 크게 감소하여 보다 취약한 표현형으로의 이동을 암시한다.

이러한 영역 또는 진행 또는 회귀는 전쟁 전단 응력, 장루 흐름 및 구조적 응력의 패턴을 분석하여 기준선 FSI 시뮬레이션과 비교할 수 있습니다. 음,이 방법론은 단일 경우에 대해 제공됩니다. 더 큰 데이터 집합에 대한 분석은 모든 상관 관계의 통계적 유의를 결정하기 위해 수집됩니다.

이 방법론이 도움이 되기를 바랍니다. 이 방법에서, 우리는 유체 구조 상호 작용 기술을 사용하여 환자의 관상 동맥을 재구성하고 생체화하는 단계를 설명했습니다. 우리는 10 월에서 루멘, 지질 및 외부 벽을 추출하고 3 차원 모양을 재현하는 과정을 설명한 후 메시, 경계 조건 및 시스템 커플링 도메인을 설정합니다.

그리고 마지막으로 시뮬레이션 및 후처리 결과를 실행합니다. 우리의 깎아 지른듯한 스트레스 내 루피컬 흐름 특성의 번역, 임상 평균동맥의 구조적 반응은 또한 FSI 기반 생체 역학과 병변 진행의 관점에서 논의되었다, 환자의 현재 상태와 예후의 보다 완전한 그림을 제시 할 수있는 잠재력을 보여주는. 지금, FSI는 아직도 아주 많이 개발하고 계산적으로 비싼 방법 인 동안, 우리는 이 방법론을 설명하는 프로세스가 더 심해질 수 있고 동맥 경화증 진행을 둘러싼 임상 의사 결정을 돕기 위하여 이용될 수 있다는 것을 믿습니다.