On the relevance of boundary conditions and viscosity models in blood flow simulations in patient‐specific aorto‐coronary bypass models

Abstract

Snahou všech numerických simulací proudění krve je aplikovat fyziologicky korektní okrajové podmínky. Ne jinak tomu je i v případě modelování hemodynamiky v aorto-koronárních bypassech, kde vlastnosti koronárního oběhu mohou výraznou měrou ovlivnit relevantnost získaných výsledků. V tomto ohledu se předložená práce zaměřuje na dva charakteristické rysy koronárního oběhu – fázický průtok krve a hemoreologii. Obě tyto vlastnosti jsou modelovány na příkladě tří reálných geometrií bypassů. Pro studium fázického charakteru toku krve v koronárních artériích je zvolen víceškálový přístup v kombinaci s pěti různými typy okrajových podmínek (střední arteriální tlak, Windkessel model a tři typově odlišné 0D modely). Na základě numerických výsledků je vybrán nejvhodnější typ okrajové podmínky, který je následně užit pro analýzu nenewtonského chování krve v koronárním oběhu. Ve snaze stanovit vliv modelů viskozity na podobu proudového pole a rozložení smykového napětí na stěně bypassů, jsou pro potřeby této práce aplikovány dva nenewtonské modely popisující krev jako pseudoplastickou kapalinu. Z provedené analýzy získaných výsledků jsou patrné výborné vlastnosti 0D modelů v přímém kontrastu k variantám s konstantním výstupním tlakem, které mají sklon výrazně nadhodnocovat hodnoty všech sledovaných veličin. Co se týče tokových vlastností krve v koronárním řečišti, byl provedenými simulacemi potvrzen význam geometrie jako klíčového faktoru při modelování nenewtonských efektů této kapaliny.