Přejít k obsahu


A comparative study of 1D and 3D hemodynamics in patient-specific hepatic portal vein networks

Citace:
JONÁŠOVÁ, A., BUBLÍK, O., VIMMR, J. A comparative study of 1D and 3D hemodynamics in patient-specific hepatic portal vein networks. Applied and Computational Mechanics, 2014, roč. 8, č. 2, s. 177-186. ISSN: 1802-680X
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: A comparative study of 1D and 3D hemodynamics in patient-specific hepatic portal vein networks
Rok vydání: 2014
Název zdroje: Západočeská univerzita v Plzni
Autoři: Ing. Alena Jonášová , Ing. Ondřej Bublík , Doc. Ing. Jan Vimmr Ph.D. ,
Abstrakt CZ: Při vývoji softwaru pro potřeby klinické praxe je nutné přihlížet k požadavkům lékařů a jejich aktuálním potřebám. Spolehlivost a výpočetní a uživatelská nenáročnost jsou jedním ze základních předpokladů tohoto vývoje. Pro jejich splnění, zejména v případě matematického modelování složitějších a rozsáhlejších fyziologických dějů, je jistá míra zjednodušení nevyhnutelná, ba mnohdy nutná. Tento přístup se vztahuje i na numerické simulace proudění krve ve velkých cévních řečištích, jakým je například i portální cévní systém v játrech. Jedním z nejčastěji aplikovaných zjednodušení je redukce dimenze modelu a tedy i úlohy, kdy je místo rozsáhlého a geometricky složitého 3D modelu cévního řečiště užito jeho 1D analogie. Vliv této redukce na přesnost a kvalitu výsledků je pak předmětem předložené práce, která na příkladu dvou různě složitých modelů portálního žilního řečiště provádí kvalitativní srovnání vypočtených proudových polí. Numerické simulace proudění krve jsou realizovány za předpokladu ustáleného toku s tím, že průtokový odpor a chování reálné jaterní tkáně na výstupech obou modelů jsou nasimulovány pomocí tříprvkového Windkessel modelu. Ze získaných výsledků je patrné, že ačkoliv nemůže 1D model proudění nikdy zcela nahradit ten 3D, jeho jednoduchá implementace, časově nenáročná příprava a minimální nároky na výpočetní techniku jasně převažují nad relativně malými výpočetními chybami mající původ v redukci dimenze.
Abstrakt EN: The development of software for use in clinical practice is often associated with many requirements and restrictions set not only by the medical doctors, but also by the hospital?s budget. To meet the requirement of reliable software, which is able to provide results within a short time period and with minimal computational demand, a certain measure of modelling simplification is usually inevitable. In case of blood flow simulations carried out in large vascular networks such as the one created by the hepatic portal vein, simplifications are made by necessity. The most often employed simplification includes the approach in the form of dimensional reduction, when the 3D model of a large vascular network is substituted with its 1D counterpart. In this context, a question naturally arises, how this reduction can affect the simulation accuracy and its outcome. In this paper, we try to answer this question by performing a quantitative comparison of 3D and 1D flow models in two patient-specific hepatic portal vein networks. The numerical simulations are carried out under average flow conditions and with the application of the three-element Windkessel model, which is able to approximate the downstream flow resistance of real hepatic tissue. The obtained results show that, although the 1D model can never truly substitute the 3D model, its easy implementation, time-saving model preparation and almost no demands on computer technology dominate as advantages over obvious but moderate modelling errors arising from the performed dimensional reduction.
Klíčová slova

Zpět

Patička