基于高性能图像计算流体动力学捕捉的伴或不伴主动脉扩张的主动脉狭窄患者壁面剪应力与压力模式
流体动力学
2022-12-13 v3 计算物理
摘要
利用GPU加速的患者特异性计算流体动力学，研究了血流经过主动脉狭窄(AS)引起的壁面剪应力升高与压力的空间模式。对三例中度AS病例进行模拟，其中一例升主动脉扩张，两例处于正常范围(根部直径小于4cm)，所用生理搏动周期波形取自超声心动图数据。该计算框架基于锐界面浸没边界法构建，将从CT血管造影分割的主动脉几何整合进高阶不可压缩Navier-Stokes求解器。我们表明，尽管所有病例中因升主动脉湍流导致壁面剪应力升高且振荡，但其空间分布对于扩张病例远比非扩张病例集中。该焦点区域与主动脉瓣射流冲击升主动脉外弯侧相关，且已通过伴主动脉扩张的AS患者的4D flow MRI在体显示(van Ooij等, J. Am. Heart Assoc., 6(9), 2017)。我们表明该焦点区域还容纳一个持续的高压袋，其很可能通过增强的壁面法向作用力促进了扩张过程。相反，非扩张病例表现出相当振荡的压力行为，无持续压力积聚效应。我们进一步认为，主动脉弓更近端的分支可解释缺乏升高的壁面剪应力与压力焦点区域，因其通过流体抽吸效应干扰了冲击过程。利用理想化主动脉几何进一步说明了这些现象。我们最后表明，恢复的流入条件消除了升主动脉中升高的壁面剪应力与压力区的焦点区域。
引用
@article{arxiv.2207.14430,
title = {Wall shear stress and pressure patterns in aortic stenosis patients with and without aortic dilation captured by high-performance image-based computational fluid dynamics},
author = {Hadi Zolfaghari and Mervyn Andiapen and Andreas Baumbach and Anthony Mathur and Rich R. Kerswell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.14430},
year = {2022}
}