Frenet-formulák alkalmazása áramlási struktúrák összehasonlítására kardiovaszkuláris áramlástani szimulációkban
Usage of Frenet-frames for flow feature comparsion in cardiovascular fluid simulations
Keywords:
aneurysm development, secondary flows, CFD, hemodynamics, Frenet-frames, aneurizma kialakulás, másodlagos áramlások, numerikus szimuláció, hemodinamika, Frenet-formulákAbstract
Cardiovascular diseases manifesting as vessel malformations (such as aneurysms and stenosis) are on the top of the list of the leading causes of death worldwide according to the WHO. The method discussed in this paper is that flow features can be compared to the different morphological properties of given vessel sections, which can have an impact on the progression of such diseases. By creating local coordinate systems on the centrelines of the given vessel sections, the flow velocity can be decomposed into axial and secondary flow components by utilizing the Frenet-frames to allow a more efficient analysis. Furthermore, with the normal and binormal directions and the vessel centreline length, the effects of the geometrical properties of the centrelines on the flow characteristics can be investigated. To assess the limitations and advantages of the proposed method, it was tested both on artificial and patient-specific vessel geometries.
Kivonat
Az érelváltozással járó kardiovaszkuláris betegségek, mint az érszűkületek és értágulatok (aneurizmák) a WHO által közzétett halálozási okok listáján évtizedek óta előkelő helyen szerepelnek. A cikkben bemutatott módszerrel összehasonlíthatóvá tehetőek különböző érfal geometriákhoz tartozó áramlási struktúrák, amelyek meghatározhatják egy betegség lefolyásának egyes fázisait. A Frenet-formulák alapján az egyes érszakaszok középvonalán, lokális koordináta-rendszerek létrehozásával egyszerűbben elkülöníthetőek és tovább bonthatóak az elsődleges és másodlagos sebességkomponensek. Emellett, a normális és binormális irányok használatával, illetve az érszakasz hosszával elemezhetővé válnak a sebességviszonyok és összevethetőek az adott középvonal geometriai tulajdonságaival. Az eljárás mesterséges és valós érszakaszokon lett tesztelve, megmutatva a módszer hátrányait és alkalmazási lehetőségeit.
References
C. A. Bulant, P. J. Blanco, T. P. Lima, A. N. Assunção , G. Liberato, J. R. Parga, L. F. R. Ávila, Pereira, R. A. Feijóo, and P. A Lemos, A computational framework to characterize and compare the geometry of coronary networks. Int. J. Numer. Meth. Biomed. Engng., 2017,
A. Lauric, J. Hippelheuser, M. G. Safain, A. M. Malek, Curvature effect on hemodynamic conditions at the inner bend of the carotid siphon and its relation to aneurysm formation, Journal of Biomechanics, 2014, vol. 47, no. 12, 3018-3027
L. Antiga, M. Piccinelli, L. Botti, B. Ene-Iordache, A. Remuzzi, and DA. Steinman. An image-based modeling framework for patients-specific computational hemodynamics. Medical and Biological Engineering and Computing, 2008, 46:1097–1112.
M. Piccinelli, A. Veneziani, D. A. Steinman, A. Remuzzi and L. Antiga, A Framework for Geometric Analysis of Vascular Structures: Application to Cerebral Aneurysms, IEEE Transactions on Medical Imaging, 2009, vol. 28, no. 8, 1141-1155.
