动态自适应移动网状有限体积方法用于血液流动和凝血建模

科学领域:

• 计算流体动力学 计算流体动力学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 数字分析 数字分析

背景情况:

• 精确模拟血流和凝血对于理解心血管疾病和开发治疗方法至关重要.
• 现有的数值方法经常与生物系统的复杂,动态几何学以及流体流动和生物化学反应的合物理学相斗争.

研究的目的:

• 开发和验证先进的数值方法来模拟动态自适应移动网上的血流和凝血.
• 将这些方法应用于复杂的生物场景,包括人类右心室和微流体毛细血管.

主要方法:

• 对于不可压缩的牛顿流体流动 (纳维尔-斯托克斯方程) 的移动网状聚合有限体积方法的开发.
• 通过达西术语将血液凝结纳入反应依赖的透系数.
• 实现一个单一的非线性溶解器的时间推进和一个强大的方法,硬反应级联.
• 使用分析问题进行验证,并应用于患者特定的计算机断层扫描数据和微流体实验.

主要成果:

• 开发的有限体积方法对于纳维埃-斯托克斯方程来说是保守的,并且是稳定的,即使有所定位的变量.
• 在形右心室模型中成功应用于血流模拟.
• 展示模拟凝血过程在变形的微流体毛细血管的能力.

结论:

• 拟议的数值框架有效地处理动态适应性网格上的血流和凝血.
• 这种方法为心血管生理学和病理学的in silico研究提供了一个强大的工具.
• 这些方法得到了验证,并显示出在血液病学和血栓形成方面的临床和研究应用的前景.