Skip to main content

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

A Multi-Scale Flow Model for Studying Blood Circulation in Vascular System

verfasst von : Ulin Nuha Abdul Qohar, Antonella Zanna Munthe-Kaas, Jan Martin Nordbotten, Erik Andreas Hanson

Erschienen in: Numerical Mathematics and Advanced Applications ENUMATH 2019

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In this paper, we demonstrate a multi-scale model for studying blood flow in the vascular structures of an organ. The model may be used for a tracer concentration flow simulation replicating Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging (DCE–MRI) data. A 1D vascular graph model that represents blood flow through a vascular vessel network is coupled with a single-phase Darcy flow model for the capillary bed which is assumed as a porous media. Numerical experiments show the blood circulation in the system closely related to the structure and parameter of the vascular system, that gives qualitatively realistic tracer concentration flow. This model is a starting point for further investigation in development into clinical applications, using both real data and MRI analysis software.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat J. Reichold, M. Stampanoni, A. L. Keller, A. Buck, P. Jenny, and B. Weber, “Vascular graph model to simulate the cerebral blood flow in realistic vascular networks,” Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, vol. 29, no. 8, pp. 1429–1443, 2009, pMID: 19436317. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/jcbfm.2009.58 J. Reichold, M. Stampanoni, A. L. Keller, A. Buck, P. Jenny, and B. Weber, “Vascular graph model to simulate the cerebral blood flow in realistic vascular networks,” Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, vol. 29, no. 8, pp. 1429–1443, 2009, pMID: 19436317. [Online]. Available: https://​doi.​org/​10.​1038/​jcbfm.​2009.​58
2.
Zurück zum Zitat T. Passerini, M. d. Luca, L. Formaggia, A. Quarteroni, and A. Veneziani, “A 3d/1d geometrical multiscale model of cerebral vasculature,” Journal of Engineering Mathematics, vol. 64, no. 4, p. 319, Mar 2009. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/s10665-009-9281-3 T. Passerini, M. d. Luca, L. Formaggia, A. Quarteroni, and A. Veneziani, “A 3d/1d geometrical multiscale model of cerebral vasculature,” Journal of Engineering Mathematics, vol. 64, no. 4, p. 319, Mar 2009. [Online]. Available: https://​doi.​org/​10.​1007/​s10665-009-9281-3
4.
Zurück zum Zitat A. Quarteroni, A. Veneziani, and C. Vergara, “Geometric multiscale modeling of the cardiovascular system, between theory and practice,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2016. A. Quarteroni, A. Veneziani, and C. Vergara, “Geometric multiscale modeling of the cardiovascular system, between theory and practice,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2016.
7.
Zurück zum Zitat J. P. Mynard and K. Valen-Sendstad, “A unified method for estimating pressure losses at vascular junctions,” International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, vol. 31, no. 7, pp. n/a–n/a, 2015, cnm.2717. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1002/cnm.2717 J. P. Mynard and K. Valen-Sendstad, “A unified method for estimating pressure losses at vascular junctions,” International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, vol. 31, no. 7, pp. n/a–n/a, 2015, cnm.2717. [Online]. Available: http://​dx.​doi.​org/​10.​1002/​cnm.​2717
8.
Zurück zum Zitat H. Darcy, “Les fontaines publique de la ville de dijon,” p. 570, 1856. H. Darcy, “Les fontaines publique de la ville de dijon,” p. 570, 1856.
9.
Zurück zum Zitat E. Hodneland, E. Hanson, O. Sævareid, G. Nævdal, A. Lundervold, V. Šoltészová, A. Z. Munthe-Kaas, A. Deistung, J. R. Reichenbach, and J. M. Nordbotten, “A new framework for assessing subject-specific whole brain circulation and perfusion using MRI-based measurements and a multi-scale continuous flow model,” PLOS Computational Biology, vol. 15, no. 6, pp. 1–31, 06 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007073 E. Hodneland, E. Hanson, O. Sævareid, G. Nævdal, A. Lundervold, V. Šoltészová, A. Z. Munthe-Kaas, A. Deistung, J. R. Reichenbach, and J. M. Nordbotten, “A new framework for assessing subject-specific whole brain circulation and perfusion using MRI-based measurements and a multi-scale continuous flow model,” PLOS Computational Biology, vol. 15, no. 6, pp. 1–31, 06 2019. [Online]. Available: https://​doi.​org/​10.​1371/​journal.​pcbi.​1007073
11.
Zurück zum Zitat J. F. Cohnheim, Untersuchungen über die embolischen Prozesse, Berlin: Hirschwald, 1872. J. F. Cohnheim, Untersuchungen über die embolischen Prozesse, Berlin: Hirschwald, 1872.
12.
Zurück zum Zitat E. A. Hanson and A. Lundervold, “Local/non-local regularized image segmentation using graph-cuts,” International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, vol. 8, no. 6, pp. 1073–1084, Nov 2013.CrossRef E. A. Hanson and A. Lundervold, “Local/non-local regularized image segmentation using graph-cuts,” International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, vol. 8, no. 6, pp. 1073–1084, Nov 2013.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat A. R. Pries, T. W. Secomb, and P. Gaehtgens, “Design principles of vascular beds,” Circulation Research, vol. 77, no. 5, pp. 1017–1023, 1995.CrossRef A. R. Pries, T. W. Secomb, and P. Gaehtgens, “Design principles of vascular beds,” Circulation Research, vol. 77, no. 5, pp. 1017–1023, 1995.CrossRef
Metadaten
Titel
A Multi-Scale Flow Model for Studying Blood Circulation in Vascular System
verfasst von
Ulin Nuha Abdul Qohar
Antonella Zanna Munthe-Kaas
Jan Martin Nordbotten
Erik Andreas Hanson
Copyright-Jahr
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55874-1_73