Víceškálové modelování pulzačního proudění krve v reálných modelech velkých cév

Abstract

Předkládaná diplomová práce je zaměřena na víceškálové modelování pulzačního proudění krve v reálném modelu velkých cév složeného z aortálního oblouku a přidružených středně velkých tepen postižených aterosklerózou. Pro dosažení fyziologicky korektních okrajových podmínek jsou na vstupu a výstupech 3D modelu aplikovány 0D modely levé části srdce a periferní cirkulace ve dvou různých variantách. Krev je v celé práci modelována jako nestlačitelná newtonská kapalina, jejíž proudění v 3D modelu cév je popsáno nelineárním systémem Navierových-Stokesových rovnic řešeným pomocí výpočtového programu Ansys Fluent v17.0. Pro lepší pochopení principu 0D modelů proudění krve je část práce věnována jejich popisu s tím, že možnosti jejich aplikace v úlohách kardiovaskulární biomechaniky jsou demonstrovány na jednoduchém uzavřeném modelu oběhové soustavy. Ten je dále pro potřeby této práce modifikován na otevřený model se čtyřprvkovým, resp. tříprvkovým Windkessel modelem. Numerická řešení všech tří variant oběhové soustavy jsou realizována ve výpočetním prostředí programu Matlab. Závěry vyvozené ze získaných výsledků jsou dále užity pro víceškálové modelování hemodynamiky v modelu velkých cév, kde jsou analyzovány tři různé varianty okrajových podmínek: klasická varianta s předepsaným průtočným množstvím na vzestupné aortě a dvě varianty s otevřeným, resp. uzavřeným 0D modelem oběhové soustavy. Získané numerické výsledky v podobě křivek průtočného množství a tlaku na jednotlivých částech 3D modelu velkých cév jsou analyzovány a vzájemně porovnány.