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用于模拟微血管网络中血液流动的混合模型。 (英文) Zbl 1433.76200号

小结:在本文中,我们关注微血管网络和周围组织中的血流模拟。为了降低此问题的计算复杂性,网络结构由一维图建模,其在空间中的位置由三维血管的中心线确定。周围组织被视为均质多孔介质。Darcy方程用于模拟血管外空间中的流动,其中与血管的质量交换通过线源项来说明。然而,这种模型简化方法仍然会导致较高的计算成本,尤其是当需要模拟器官的较大部分时。这一观察促使我们考虑进一步的模型简化步骤。因此,我们将微血管网络的精细结构均匀化,从而形成一种新的混合方法,将精细结构建模为非均匀多孔介质,并通过一维流动方程将较大血管中的流动建模。将这两种建模方法与质量通量和平均压力进行了比较。模拟是在从大鼠大脑皮层提取的微血管网络上进行的。

MSC公司:

76Z05个 生理流
76M50型 均匀化在流体力学问题中的应用
76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流
92立方35 生理流量

软件:

ISTL公司
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参考文献:

[1] J.Bear,多孔介质中流体的动力学,Courier Corporation,马萨诸塞州北切姆斯福德,2013年。
[2] M.Blatt和P.Bastian,迭代解算器模板库《应用并行计算国际研讨会》,Springer,纽约,2006年,第666-675页。
[3] M.Blatt和P.Bastian,有限元迭代求解器的通用并行化,国际。J.计算。科学。工程,4(2008),第56-69页。
[4] M.Blatt、A.Burchartt、A.Dedner、C.Engwer、J.Fahlke、B.Flemisch、C.Gersbacher、C.Gra¨ser、F.Gruber、C.Gru¨ninger等人。,分布式统一数值环境,版本\(2.4),建筑。数字。《软件》,4(2016),第13-29页。
[5] D.Boas、S.Jones、A.Devor、T.Huppert和A.Dale,脑激活时空响应的血管解剖网络模型《神经影像》,40(2008),第1116-1129页。
[6] L.Cattaneo和P.Zunino,比较不同肿瘤治疗方法的微循环药物输送计算模型,国际。J.数字。方法生物识别。工程,30(2014),第1347-1371页。
[7] C.D'Angelo,活组织代谢和转运现象的多尺度模型2007年,瑞士洛桑EPFL博士论文。
[8] C.D'Angelo,加权空间中带Dirac测度项的椭圆问题的有限元逼近:在一维和三维耦合问题中的应用,SIAM J.数字。分析。,50(2012),第194-215页,https://doi.org/10.1137/100813853。 ·Zbl 1246.65215号
[9] C.D'Angelo和A.Quarteroni,一维和三维扩散反应方程的耦合:在组织灌注问题中的应用,数学。模型方法应用。科学。,18(2008),第1481-1504页·Zbl 1359.35200号
[10] A.Despopoulos和S.Silbernagl,生理学彩色图谱,Thieme,德国斯图加特,2003年。
[11] M.Dewhirst和T.Secomb,药物从血管到肿瘤组织的运输《癌症自然评论》,17(2017),第738-750页。
[12] W.El-Bouri和S.Payne,三维人脑微血管网络中血流的多尺度均匀化,J.Theoret。《生物学》,380(2015),第40-47页·Zbl 1343.92107号
[13] W.El Bouri和S.Payne,用人大脑皮层多尺度微血管模型研究穿透性血管闭塞的影响《神经影像》,172(2018),第94-106页。
[14] K.Erbertseder、J.Reichold、B.Flemisch、P.Jenny和R.Helmig,描述肺癌治疗过程中肺部传输的耦合离散/连续模型《公共科学图书馆·综合》,第7期(2012年),e31966。
[15] R.Fahraeus和T.Lindqvist,狭窄毛细血管中血液的粘度阿默尔。《生理学杂志》。,96(1931),第562-568页。
[16] L.Formaggia、F.Nobile、A.Quarteroni和A.Veneziani,循环系统的多尺度建模:初步分析,计算。视觉。科学。,2(1999年),第75-83页·Zbl 1067.76624号
[17] L.Formaggia、A.Quarteroni和A.Veneziani,心血管数学:循环系统的建模与仿真,MS&A 1,Springer-Verlag,意大利米兰,2009年·Zbl 1300.92005年
[18] Y.Fung和B.Zweifach,微循环:毛细血管中的血流力学,流体机械,Ann.Rev。,3(1971年),第189-210页。
[19] I.G.Gjerde、K.Kumar、J.M.Nordbotten和B.Wohlmuth,带线源椭圆方程的分裂方法,预打印,https://arxiv.org/abs/1810.12979, 2018. ·Zbl 1433.35129号
[20] R.Helmig,地下多相流和输运过程:对水文系统建模的贡献,Springer-Verlag,纽约,1997年。
[21] K.Holter、B.Kehlet、A.Devor、T.Sejnowski、A.Dale、S.Omholt、O.Ottersen、E.Nagelhus、K.-A.Mardal和K.Pettersen,三维重建神经膜中的间质溶质转运是通过扩散而非体积流动进行的,程序。国家。阿卡德。科学。美国,114(2017),第9894-9899页。
[22] R.Hsu和T.W.Secomb,微血管网络对组织供氧分析的格林函数法,数学。生物科学。,96(1989),第61-78页·Zbl 0687.92006号
[23] Y.Iturria Medina、R.Sotero、P.Toussaint、J.Mateos Pérez、A.Evans、M.Weiner、P.Aisen、R.Petersen、C.Jack、W.Jagust等人。,基于多因素数据驱动分析的血管失调对晚发性阿尔茨海默病的早期作用、自然社区、。,7 (2016), 11934.
[24] A.Khaled和K.Vafai,多孔介质在生物组织流动和传热建模中的作用,国际。《热质传递杂志》,46(2003),第4989-5003页·Zbl 1121.76521号
[25] T.Koöppl、E.Vidotto和B.Wohlmuth,带有线源项的泊松方程的局部误差估计《数值数学与高级应用》,ENUMATH 2015,Springer,New York,2016年,第421-429页·Zbl 1352.65441号
[26] T.Koöppl、E.Vidotto、B.Wohlmuth和P.Zunino,含夹杂二阶椭圆问题的数学建模、分析和数值逼近,数学。模型方法应用。科学。,28(2018),第953-978页·Zbl 1393.35172号
[27] J.Levick,根据动态血管外因素重新考虑毛细管过滤吸收平衡,实验生理学。,76(1991),第825-857页。
[28] J.R.Levick和C.C.Michel,微血管流体交换与修正的starling原理《心血管研究》,87(2010),第198-210页。
[29] S.Mahjoob和K.Vafai,热疗生物介质热传输的分析表征,国际。《热质传递杂志》,52(2009),第1608-1618页·Zbl 1157.80353号
[30] M.Nabil和P.Zunino,基于血管磁性纳米结构的肿瘤热疗计算研究皇家社会开放科学。,3(2016),160287。
[31] D.Notaro、L.Cattaneo、L.Formaggia、A.Scotti和P.Zunino,微循环与组织间质流体交换的混合有限元模拟,摘自《离散化方法的进展》,Springer,纽约,2016年,第3-25页·Zbl 1371.76095号
[32] R.Penta、D.Ambrosi和A.Quarteroni,血管化恶性组织中流体和药物运输的多尺度均匀化,数学。模型方法应用。科学。,25(2015),第79-108页·Zbl 1307.92062号
[33] A.Petryk、A.Giustini、R.Gottesman、P.Kaufman和P.Hoopes,磁性纳米粒子热疗增强顺铂化疗治疗癌症,国际。《热疗杂志》,29(2013),第845-851页。
[34] M.Peyrounette、Y.Davit、M.Quintard和S.Lorthois,大脑微循环中血液流动的多尺度模型:皮层水平毛细血管尺度控制精度的细节《公共科学图书馆·综合》,13(2018),e0189474。
[35] L.Possenti、S.di Gregorio、F.M.Gerosa、G.Raimondi、G.Casagrande、M.L.Costantino和P.Zunino,包含Fahraeus-Lindqvist效应、血浆撇渣和组织间质液体交换的微循环计算模型,国际。J.数字。方法生物识别。工程,35(2019),e3165。
[36] A.Pries和T.Secomb,使微血管网络发挥作用:血管生成、重塑和修剪《生理学》,29(2014),第446-455页。
[37] A.Pries、T.Secomb和P.Gaehtgens,微血管中血液流动的生物物理学方面《心血管研究》,32(1996),第654-667页。
[38] A.Pries、T.Secomb、P.Gaehtgens和J.Gross,微血管网络中的血流。实验和仿真《循环研究》,67(1990),第826-834页。
[39] A.Quarteroni和L.Formaggia,心血管系统的数学建模和数值模拟,《数值分析手册》,Handb。数字。分析。12,荷兰北部,阿姆斯特丹,2004年,第3-127页·Zbl 1055.92022号
[40] J.Reichold、M.Stampanoni、A.L.Keller、A.Buck、P.Jenny和B.Weber,模拟真实血管网络中脑血流的血管图模型《脑血流与代谢杂志》,29(2009),第1429-1443页。
[41] T.Roose和M.Swartz,基于均匀化理论的组织淋巴引流多尺度模型,J.生物技术。,45(2012),第107-115页。
[42] R.Shipley和S.Chapman,血管肿瘤中流体和药物转运的多尺度模型,公牛。数学。《生物学》,72(2010),第1464-1491页·Zbl 1198.92028号
[43] R.Shipley、A.Smith、P.Sweeney、A.Pries和T.Secomb,微循环血流模型的混合离散-连续方法,数学。医学生物学。,2019年3月,https://doi.org/10.1093/imammb/dqz006。 ·兹比尔1437.92042
[44] S.Stacker和M.Achen,VEGF-D在人类疾病中的新作用《生物分子》,8(2018),第1页。
[45] E.H.椋鸟,结缔组织间隙对液体的吸收《生理学杂志》,19(1896),第312-326页。
[46] K.H.Stöverud、M.Darcis、R.Helmig和S.M.Hassanizadeh,对流增强药物向脑组织输送过程中的浓度分布和变形模型,运输。《多孔介质》,92(2012),第119-143页。
[47] Y.Tang和Y.He,微循环液体和氧气交换的数值模拟用于评估2型糖尿病引起的微循环改变《微血管研究》,117(2018),第61-73页。
[48] F.Waterman、L.Tupchong、R.Nerlinger和J.Matthews,人体肿瘤局部热疗时的血流,国际。放射肿瘤学杂志*生物学*物理学。,20(1991),第1255-1262页。
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