Koroner Ateroskleroz İlerlemesinin Optik Koherens Tomografi Tabanlı Biyomekanik Akışkan-Yapı Etkileşim Analizi

Ateroskleroz, küresel ölüm ve morbiditenin önde gelen nedenlerinden biridir ve çok yönlü ve karmaşık doğası, bununla başa çıkmak için multidisipliner bir yaklaşım yapar. Şimdi, görüntüleme siyah morfolojisini analiz etmek için güçlü bir araçtır, ancak henüz bize işin altında kalan mekanizmaları anlayabilir. İşte burada hesaplama simülasyonı devreye giriyor.

Akışkanlar açısından bakıldığında, duvar kesme stresi intobio kan akışı gibi faktörlerin endotel hücre fonksiyonunu ve ateroskleroz oluşumunda yer alan yeni taşıma süreçlerini etkileyebileceğini biliyoruz. Ancak hastanın spesifik mekaniğini, akışkan yapısı etkileşim tekniklerini veya epizodik kısasını gerçekten anlamak için kan akışı, arter mekaniği ve genel kardiyak fonksiyon arasındaki etkileşimi simüle etmek için kullanılabilir. Ve bu metodoloji, bir hastanın koroner arterini optik koherens tomografisinden veya kısa ve invaziv anjiyografi için OCT'den mekanik olarak yeniden yapılandırarak ve biyo-simüle ederek bunu yapmak için bir yaklaşım sunar.

Daha sonra klinik alaka düzey sonuçlarını ve görüntülemeyi takip etmek için karşılaştırmaları tartıştık. Şimdi, metodolojinin arkasındaki temeller sonlu eleman ve sonlu hacim yöntemleri üzerine inşa edilir. Ve burada ticari yazılımı kullanarak simülasyon yöntemini gösterirken, ANSYS prosedürü epizodik özellikli herhangi bir yazılıma veya koda uyarlanabilir.

Bifurkasyonlar gibi anatomik yer işaretlerini kullanarak ve en distal çatallanmaya hemen proksimal ve en proksimal çatallanmaya distal olarak başlayan görüntüleri kullanarak OCT görüntülerini eşleştirin ve izleyin. Bu yer işaretleri arasındaki görüntüler analiz edilecek İlk görüntüyü sayısallaştırıcıya yükleyin ve kateter merkezi noktalarını ve ölçek sınırlarını işaretleyin. Bu noktaları daha sonra kullanmak için dışa aktarın, her görüntüde aynı konumdan başlayarak ve lümenin eğrilerini mümkün olduğunca doğru bir şekilde yakaladığınızdan emin olarak lümenin kenarını işaretleyin.

Yeniden inşa süreci daha sonraki bir aşamada bu bölgeler arasında enterpolasyon yapacağından, eserler üzerinde bir boşluk bırakın. Bu dosyaları bir veri biçimine verin ve bunu her görüntü için yineleyin. Dot-com yazılımınızda, dış duvarı yüksek zayıflama bölgelerinde, dış elastik zarın görünür kısımlarını kullanarak bir elips sığdırmak için çıkarın, dış duvarın konumunu tahmin edin, Lipid arkını tanımlayın, lümen merkezkoidine hesaplayın ve kapak kalınlığını koparın.

Bunlar lümen bölgesi ile birlikte lezyon ilerlemesini analiz etmek için kullanılacaktır. Ardından, dış duvar noktalarını seçmek için bu çakılı görüntüleri görüntü sayısallaştırıcısına içe aktarın. Lipitler için benzer şekilde, lipid yüzeyi, her durumda lipitin aynı ucundan başlayarak, görüntü sayısallaştırıcısına ilk anjiyografik görüntüyü yükleyin, görüntüyü daha sonraki adımlarda ölçeklendirmek için kateterin kenarlarını seçin.

Ve sonra kateter merkezi çizgisini proksimal işaretleyici ile başlayarak ve eşit aralıklı noktalarla distal olarak hareket ederek işaretleyin. Biçimi uyarlamak için verileri dışarı aktar. Kesit yeniden yapılandırma işlemini gerçekleştirmeden önce her görüntü için bu adımları yineleyin.

3d modelleme yazılımında, katı bir bileşen oluşturmak için her seferinde bir dosya olan kesitleri içe aktarın ve oluşturun, tüm eğrileri seçin ve bunları birbirine kilitleyin, yeni bir katı oluşturmak için dondurulmuş eklemenin seçilmesini sağlayın. Şimdi lümen, lipitler ve dış duvar için bu adımları uygulayın. Lümen ve lipitleri arter duvarından çıkarmak için bir Boole işlemi oluşturun ve hedef gövdeyi duvar, lipitleri ve luminayı alet gövdesi olarak seçin.

Mesh düğümlerinin gelecekteki adımlarda paylaşıldığından emin olmak için duvar ve lipitler arasında tipolojiyi paylaşmak önemlidir. Bunu yapmak için, duvarı ve lipitlerini vurgulayın ve bir parça oluşturmak için sağ tıklatın. Arter ve lipit için malzeme özelliklerini ayarlamak için mühendislik verilerini girin ve arter Sürükleme yoğunluğu ve beş parametre Mooney Riverland modeli adı verilen yeni bir malzeme ekleyin ve parametrelerini ayarlayın.

Lipid ve motor bileşeni için bunu tekrarlayın, lümen bileşenini bastırın ve önceden tanımlanmış malzemeleri arter ve lipid katılarına atayın. Geometrinin artık meshlenmesi, fizik tercihini doğrusal olmayan mekanik olarak ayarlaması ve kafes boyutlandırmasını belirtmesi gerekiyor. Burada hedef boyutu 0.14 milimetre olan adaptif meshleme kullandık.

Makul maske birimi değerlerini elde etmek için mesh tercihlerini gerektiği gibi ayarlayın. Burada lifli kapak gibi boşluklarda en az iki ila üç ağ elemanı hedefliyoruz. Karmaşık geometri nedeniyle ağın oluşturulması biraz zaman alabilir.

FSI simülasyonları için otomatik zaman atlamayı kapatın ve bir alt adımı bir adım olarak tanımlayın ve simülasyon bitiş saatini ayarlayın. Bu durumda 0,8 saniye, sistem kavraması zamanı ve alt adımları kontrol ediyoruz, çözücü türünü doğrudan veya yineleme yöntemini kullanacak şekilde program denetimine ayarlıyoruz. Doğrudan yöntemler daha sağlamdır, ancak önemli miktarda daha fazla bellek kullanır.

Newton refs ve yöntemini tam olarak ayarlayın. Akışkan katı bir arayüz takarak sistem bağlantı etki alanını arterin iç duvarı olarak belirtin. Bu, bu konumdaki yapı ve akışkan arasında veri geçirir.

Deplasman sınır koşulları, giriş ve çıkışlara uygulanan X, Y ve Z yönünde bir yer değiştirme fonksiyonu olarak girilebilir. Newton salları artıkları için çözüm sekmesi ekleme altında hataları gidermeye yardımcı olmak için. Bunlar, sorunlu geometriyi veya kafes konumlarını bulmak için hatalar ortaya çıkarsa görüntülenebilir.

Model sekmesini girin, birimleri kontrol edin ve arter ve lipit kısmını bastırın. Akışkan etki alanına liderlik eden. Mesh ölçümlerini belirtin ve mesh'i oluşturun, eğriliği kontrol edin ve gerekirse ayarlayın.

Sıvı katı etkileşiminin meydana geldiği bölgelerde yapısal kısımda yaptığımız gibi benzer boyutta bir ağ ve şekil kullanmak iyi bir uygulamadır. Giriş, çıkış ve duvarın akıcı bir şekilde geçmesi için ad seçimleri oluşturun. Şimdi kurulum sekmesini girin ve çift konumun etkinleştirildiğinden emin olun.

Çözücü türünü basınç tabanlı olarak ayarlayın ve zamanın geçici olarak ayarlandığından emin olun. K-Omega viskoz türbülans modelini etkinleştirin ve saf stres taşımacılığını ve düşük re düzeltmeleri sağlayın. Türbülanslı doğrusal olmayan viskozite modellerini etkinleştirmek için.

Komut konsoluna aşağıdaki komutu girin ve istendiğinde evet girin. Malzeme altında, şimdi yoğunluğu girerek ve viskozite açılır listesinden Newton olmayan güç yasasını seçerek kan özelliklerini tanımlayın. Derlemek, geçici kan hızını ve basınç kontrol komut satırını herhangi bir hataya karşı kontrol eden tanımlanmış bir işlev kullanıyorum.

Şimdi UVF'yi yükleyin. Bunlar giriş ve çıkışa uygulanabilir. Yumuşatma, yeniden meshleme ve altı derecelik serbestlik çözücü dahil olmak üzere dinamik ağı etkinleştirin, difüzyon parametresini 1,5 ve ağınız için uygun maksimum ve minimum ölçekleri ayarlayın.

Yeni bir dinamik ağ bölgesi oluşturun, lümen duvarını belirtin ve sistem kavramasını seçin. Bu, simülasyonun arter bileşenine veri aktarmak için arayüzdür. Örgü ölçeği için uygun değerlere sahip giriş, çıkış ve iç lümen için şekillendirme örgü bölgelerini oluşturun.

Genellikle negatif hücre hacmi hataları bu dinamik ağ ile ilişkilidir. Bu nedenle, her bölge için gerekirse mesh ölçeklerini dikkatlice kontrol edin ve basınç hızı bağlantılarının birleşerek ayarlandığından emin olun ve geçici formülasyon ve uzamsal ayrıştırma şemalarını ikinci sıraya ayarlayın. Denetimlerde geçerli iki sayısını girin ve monitörler sekmesinde artık yakınsama ölçütlerini ayarlayın.

Burada, buradaki 1 değerini süreklilik için 5 beşe, geri kalanı için eksi altının sekizini kullandık. Yerel normalleştirilmiş sarmalık gibi sonuçlar için özel bir işlev tanımlamak için, parametreler ve özelleştirme sekmesinin altında özel işlevleri seçin ve yeni bir işlev ekleyin. Gerektiği gibi tanımlamak için açılır pencereyi kullanın.

Çalıştırma hesaplaması sekmesinde, adım sayısını beş milisaniyelik bir zaman adımı boyutuyla 160'a ve birkaç yinelemeyi 300 olarak ayarlayın. Zaman istatistikleri için veri örneklemenin etkinleştirildiğinden emin olun ve duvar istatistiklerinin ve akış kesme gerilmelerinin yanı sıra önceden tanımlanmış özel işlevimizin seçili olduğundan emin olun. İşlem sonrası için CFD sonrası uyumlu seçeneğini belirleyerek hesaplama faaliyetlerinde bir veri dışa aktarma oluşturun.

Sonuçları ayrı bir yazılımda işlemek istiyorsanız, dışa aktarma türünü gerektiği gibi ayarlayın. Vermek istediğiniz tüm bölgeleri ve sonuçları seçin. Son olarak, simülasyonun hibrit şemasını başlatın.

Her iki yapısal etki kurulumunun da sistem bağlantısına bağlı olduğundan ve güncel olduğundan emin olun. Sistem kavramada, bitiş süresini 0,8 saniyeye ve zaman damgasını 5 milisaniyeye ayarlayın, genellikle 10 ila 15 yineleme arasında yeterli olduğu için hem yapısal hem de akışkan bileşenleri iyi birleşir. Sırasıyla sıvı ve yapısal bileşenlerden duvar ve katı arayüzü seçin ve bir aktarımı düzenleyin, Yakınsama yardımcı olmak için sıvıdan yapıya aktarılan kuvvetin gevşeme veya rampalanmasını ayarlayın.

Çalışmaya hazır olduğunuzda, güncellemeyi tıklatın, yapısal ve akışkan yakınsaması ve ilgili veri aktarımı yakınsaması gibi simülasyon verileri konsola yazdırılır. FSI simülasyonlarının hesaplama açısından pahalı olduğunu ve bu simülasyonun 16 çekirdekli bir makinede yaklaşık 11 gün süre aldığını unutmayın. Burada üç önemli biyomekanik sonuç üzerinde durduk, yani duvar kesme gerilmeleri, lokal normalleştirilmiş helis yoluyla intralüminal akış özellikleri ve Von Mises etkili stres şeklinde yapısal stres.

Saf stres büyük ölçüde kan hızı tarafından yönlendirilir. Bununla birlikte, burada gördüğümüz gibi, zaman ortalaması saf stresinin daha ayrıntılı analizi, akış tersine çevirme ve altta kalan saf stres vektör alanlarının bir ölçüsü olan yalnız bir kesme indeksi, özellikle monositler çizebilecek ve plak büyümesine yol açabilecek cazibe bölgeleri arayarak klinik olarak daha bilgilendirici olabilir. Helisel akış yapıları ile plak büyümesi arasındaki bağlantıyı kavramsallaştırmaya yardımcı olmak için lümen boyunca helyal akış desenlerini yerel normalleştirilmiş helis ile daha fazla görselleştirebiliriz.

Son olarak, arter duvarındaki daha yüksek Von Mises stresi, yüklemeyi artırmak için hücresel işlev bozukluğu veya hasar alanlarını önerebilir veya özellikle daha ince lifli kapaklar veya koparma omuz bölgelerinde yoğunlaşan stres nedeniyle plak yırtılmasının olası bölgelerini önerebilir. Stresin proksimal lifli kapakta arter bükme ve kasılma ile yönlendirdiğini de görüyoruz. Damıtma stresi kan basıncı tarafından yönlendirilirken, sonucumuz, FSI simülasyonları yakalamak için benzersiz bir şekilde yerleştirilmiştir.

Takip görüntüleme ile karşılaştırıldığında. Arterin distal bölgesinde lümen bölgesinde azalma görüyoruz, bu da toplam sıvı arkında bir artışla ilişkili, lezyon ilerlemesini düşündürüyor. Karşılaştırmak gerekirse, proksimal bölge lümen alanında küçük bir azalma görür, ancak lifli kapak kalınlığında büyük bir azalma daha savunmasız bir fenotipe doğru bir hareket olduğunu düşündürür.

Bu bölgeler veya ilerleme veya gerileme daha sonra savaş kesme stresi, intralüminal akış ve yapısal gerilmelerdeki kalıpları analiz ederek temel FSI simülasyonla karşılaştırılabilir. Bu metodoloji tek bir vaka için sunulmaktadır. Daha büyük veri kümeleri üzerinde analiz, herhangi bir korelasyonların istatistiksel önemini belirlemek için elde edilir.

Bu metodolojinin yardımcı olabileceğini umduğumuz bir şey. Bu yöntemde, sıvı yapısı etkileşim tekniklerini kullanarak hastanın koroner arterini mekanik olarak yeniden yapılandırma ve biyo simüle etme adımlarını tanımladık. Lümeni, lipiti ve dış duvarları OCT'den çıkarma ve üç boyutlu şekli yeniden oluşturma sürecini, meshleme, sınır koşullarını belirleme ve sistem kavrama alanlarını tanımlamadan önce tanımladık.

Ve son olarak, simülasyon ve işlem sonrası sonuçları çalıştırmak. Saf stres intralüminal akış özelliklerimizin ve arterdeki yapısal yanıtın klinik ortalamaya çevrilmesinde, FSI bazlı biyomekanik ile lezyon ilerlemesi açısından da tartışılmış, hastanın mevcut durumu ve prognozu hakkında daha eksiksiz bir resim sunma potansiyeli gösterilmiştir. Şimdi, FSI hala çok gelişmekte ve hesaplama açısından pahalı bir yöntem olsa da, bu metodolojiyi tanımlayan sürecin daha da geliştirilebileceğine ve ateroskleroz ilerlemesini çevreleyen klinik karar verme sürecine yardımcı olmak için kullanılabileceğine inanıyoruz.