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04.02.2017 | Original Article | Ausgabe 9/2017

Medical & Biological Engineering & Computing 9/2017

Minimizing the blood velocity differences between phase-contrast magnetic resonance imaging and computational fluid dynamics simulation in cerebral arteries and aneurysms

Zeitschrift:
Medical & Biological Engineering & Computing > Ausgabe 9/2017
Autoren:
Mohd Azrul Hisham Mohd Adib, Satoshi Ii, Yoshiyuki Watanabe, Shigeo Wada

Abstract

The integration of phase-contrast magnetic resonance images (PC-MRI) and computational fluid dynamics (CFD) is a way to obtain detailed information of patient-specific hemodynamics. This study proposes a novel strategy for imposing a pressure condition on the outlet boundary (called the outlet pressure) in CFD to minimize velocity differences between the PC-MRI measurement and the CFD simulation, and to investigate the effects of outlet pressure on the numerical solution. The investigation involved ten patient-specific aneurysms reconstructed from a digital subtraction angiography image, specifically on aneurysms located at the bifurcation region. To evaluate the effects of imposing the outlet pressure, three different approaches were used, namely: a pressure-fixed (P-fixed) approach; a flow rate control (Q-control) approach; and a velocity-field-optimized (V-optimized) approach. Numerical investigations show that the highest reduction in velocity difference always occurs in the V-optimized approach, where the mean of velocity difference (normalized by inlet velocity) is 19.3%. Additionally, the highest velocity differences appear near to the wall and vessel bifurcation for 60% of the patients, resulting in differences in wall shear stress. These findings provide a new methodology for PC-MRI integrated CFD simulation and are useful for understanding the evaluation of velocity difference between the PC-MRI and CFD.

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