مدلسازی چند مقیاسی جریان خون کرونری
چکیده
جریان کرونری توسط تعدادی از عوامل تعیین کننده از جمله آناتومی شبکه ی عروقی، پس بار یا فشار میوکارد بطنی سیستمیک (فشار سیستمیک ایجاد شده توسط عضله ی قلب بعداز انقباض) و برهمکنش مکانیکی با میوکارد در سراسر چرخه ی قلب کنترل می شود. طیف وسیع مقیاس‌های فضایی و ماهیت مولتی فیزیکس پرفیوژن کرونری، روی نیاز به داشتن یک چارچوب چند مقیاسی که جزئیات مربوط به هر سطح از شبکه را مجسم (ثبت) کند، تاکید می نماید. هدف این مقاله ی مروری، ارائه ی یک مقدمه ی کم حجم و قابل فهم از روش شناسی و به روزترین کاربرد های چارچوب های مدل سازی که برای مطالعه ی گردش کرونری مورد استفاده قرار گرفته اند، می باشد. ما کارمان را با ارائه ی شرح مختصری از مشاهدات تجربی بنیادی که موجب توسعه ی چارچوب های مکانیکی برای درک چگونگی تاثیر مکانیک میوکارد روی جریان کرونری شده اند، شروع می کنیم. سپس این مفاهیم با یک بررسی اجمالی در مورد مدل های پارامتر فشرده که برای سنجش این فرضیه ها مورد استفاده قرار گرفته است، مرتبط می شوند. ما سپس، مدل های مکانیکی پیوسته کامل و کاهش مرتبه (سه بعدی و تک بعدی) را بر اساس معادلات ناویر- استوکس ترسیم کردیم و با ارائه ی مثال هایی، روش های کاربردی آن ها را نشان دادیم. در مقیاس های فضایی کوچکتر، یک مثال برای نشان دادن اهمیت پرداختن به گردش خون کوچک ارائه شده است و روی یک روش پروالاستیک که برای از بین بردن شکاف موجود در توسعه ی یک مدل یکپارچه از کل قلب، کاملا مناسب باشد، تاکید شده است. در نهایت، دستاوردهای اخیر در مورد آنالیز شدت موج و رویکردهای مرتبط با آن ارائه شده است و چشم انداز بالینی برای مدلسازی جریان کرونری مورد بحث قرار گرفته است.
نتایج و چشم انداز آینده
بر اساس مفاهیم (ایده های) برهم کنش های قلبی - کرونری پایه گذاری شده توسط مطالعات پیشین، مدل سازی جریان یک بعدی، اهمیت پدیده ی انتشار موج را تقویت کرده است و یک تعدادی از شواهد بیشتر را در مورد عواملی که جریان کرونری را کنترل می کنند، ارائه کرده است. تلاش های بیشتری در مدل های چندمقیاسی و CFD دقیق، که مقدار شتاب اخیر را افزایش دهند در حال انجام هستند تا مدل هایی را ایجاد کنند که هم پیش گویانه و هم شخصی شده باشند. به هرحال، مجددا باید گفته شود که حتی اگر تکنیک های بررسی شده در اینجا، مرحله ای را برای مدل سازی جریان چندمقیاسی ایجاد کند، جریان کرونری نمی تواند به صورت مجزا از باقی عملکردهای قلبی مورد مطالعه قرار بگیرد. به ویژه، مطالعات اثرمتقابل مکانیکی، نیاز به توصیفات موضعی و کمّی تنش های میوکاردی خواهند داشت که اخیرا تنها از طریق یک شبیه سازی مدل امکان پذیر است. بنابراین، یک مدل قلبی یکپارچه که شامل انقباض میوکاردی، گردش خون سیستمیک، برهم کنش ساختار – سیال بطنی و جفت شدن الکترومکانیکی باشد59 از اهمیت دائمی برای شبیه سازی جریان کرونری برخوردار است.
Abstract
Coronary flow is governed by a number of determinants including network anatomy, systemic afterload and the mechanical interaction with the myocardium throughout the cardiac cycle. The range of spatial scales and multi-physics nature of coronary perfusion highlights a need for a multiscale framework that captures the relevant details at each level of the network. The goal of this review is to provide a compact and accessible introduction to the methodology and current state of the art application of the modelling frameworks that have been used to study the coronary circulation. We begin with a brief description of the seminal experimental observations that have motivated the development of mechanistic frameworks for understanding how myocardial mechanics influences coronary flow. These concepts are then linked to an overview of the lumped parameter models employed to test these hypotheses. We then outline the full and reduced-order (3D and 1D) continuum mechanics models based on the Navier–Stokes equations and highlight, with examples, their application regimes. At the smaller spatial scales the case for the importance of addressing the microcirculation is presented, with an emphasis on the poroelastic approach that is well-suited to bridge an existing gap in the development of an integrated whole heart model. Finally, the recent accomplishments of the wave intensity analysis and related approaches are presented and the clinical outlook for coronary flow modelling discussed.
CONCLUSIONS AND FUTURE OUTLOOK
Building upon the concepts of coronary-cardiac interaction established by earlier studies, the onedimensional flow modelling has reinforced the importance of wave propagation phenomena and contributed a number of additional insights into the factors governing coronary flow. Further efforts are continuing in detailed CFD and multiscale models, which gained recent momentum, to produce models that are both subject-specific and predictive. However, it must be stated again that even though the techniques reviewed here set the stage for multiscale flow modelling, coronary flow cannot be studied in isolation to the rest of cardiac function. Specifically, the studies of mechanical crosstalk will require regional and quantitative descriptions of myocardial stresses, which currently is attainable only through a model simulation. Thus an integrated cardiac model including myocardial contraction, systemic circulation, ventricular fluid–structure interaction and electromechanical coupling59 are of paramount importance to the simulation of coronary flow.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
مقدمه
مفاهیم اولیه در مدل سازی عروق کرونر
مدل های آبشاری و پمپ درون میوکاردی
مدل الاستانس متغیر
مدل های پارامتر فشرده و مدل سازی یکپارچه
مدل سازی جریان تک بعدی
مدل استاندارد
شرایط مرزی
اعتبار سنجی (تایید) آزمایشگاهی
ویسکوالاستیسیته ی دیواره ی عروق
مدل سازی سیستم کرونری
تکنیک های حل محاسباتی
مدل سازی پروالاستیک پرفیوژن
فرمولاسیون (فرمول بندی) چند بخشی
محاسبه ی نفوذ پذیری
رفتارهای ساختاری
مدل های سه بعدی و چند مقیاسی جریان کرونری
مدل سازی کرونری اختصاصی بیمار
مدل سازی چند مقیاسی یکپارچه
آنالیز شدت موج و کاربردهای بالینی ریل تایم
آنالیز شدت موج
ذخیره ی جریان کسری و نسبت بدون موج لحظه ای
نتایج و چشم انداز آینده
Abstract
INTRODUCTION
EARLIER CONCEPTS IN CORONARY MODELLING
Waterfall and Intramyocardial Pump Models
Varying Elastance Model
Lumped Parameter Models and Integrated Modelling
ONE DIMENSIONAL FLOW MODELLING
The Standard Model
Boundary Conditions
Experimental Validation
Viscoelasticity of the Vessel Walls
Coronary System Modelling
Computational Solution Techniques
POROELASTIC MODELLING OF PERFUSION
Multicompartment Formulation
Calculation of Permeability
Constitutive Behaviors
THREE-DIMENSIONAL AND MULTISCALE MODELS OF CORONARY FLOW
Patient Specific Coronary Modelling
Integrated Multiscale Modelling
WAVE INTENSITY ANALYSIS AND REAL-TIME CLINICAL APPLICATION
Wave Intensity Analysis
Fractional Flow Reserve and Instantaneous Wave-Free Ratio
CONCLUSIONS AND FUTURE OUTLOOK
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه