Ansys在心血管工程博士研究中的应用

MSM以细胞动力学和蛋白质动力学为基础，在器官尺度上描述心室血流动力学，如进入和离开心室的血液的压力、体积和流量。

图1:0D MSM与三维Ansys模型的耦合

通过与Ansys UK的Justin Penrose博士和Santhosh Sheshadri博士的合作，实现了与心脏瓣膜3D模型的耦合。3D模型描述了通过二尖瓣进入左心室的血流分布(在本例中由机械心脏瓣膜表示)，允许单向血流进入心室。在这项研究中，开发了一种新技术，可以在0D MSM和3D模型之间连续交换bc。在这种0D-3D耦合方法中，BCs由心室压力和通过瓣膜的流量来定义(图1)。

在0D模型中计算压力，随后提供给3D模型，3D模型应用压力值计算相应的流量值。接下来，将流量值返回给0D模型，以计算下一个压力值。

在3D Ansys CFD模型中，基于0D MSM内心肌细胞的生理行为，心室压力和通过二尖瓣的血流在两种模型之间的相互作用和交换驱动了二尖瓣在打开和关闭期间的局部血流动力学。

图2:d - 3d耦合仿真。心室和心脏收缩(左)和舒张(右)时沿压力流线的压力等高线图。

采用Ansys CFD软件，采用浸没固体法(ISM)对阀的动力学特性进行了数值模拟。结果(图2)表明，与文献中提出的0D-3D耦合技术的先前模拟结果相比，有了重大改进。

以前报告的模拟问题，如网格变形和网格重新划分可以使用ISM选项来解决。

Ansys CFD已被证明是一个有用的工具了解心血管疾病．

0D-3D耦合为研究心脏的其他实体和对心脏病理进行案例研究奠定了基础和耦合技术。Ansys软件传统上用于心血管生物力学，但这种新颖的实现证明，使用MSM可以在细胞水平上模拟(和治疗)异常、病变和故障情况，而宏观意义和结果可以从3D Ansys模型中对瓣膜功能的影响中进行审查。

心血管疾病仍然是世界范围内导致死亡的主要原因。这样的模拟可以帮助未来的药物治疗评估。这种将MSM与Ansys结合使用的方法已被证明可以提供一种以低计算成本进一步了解治疗方法的方法。

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