1. Generieren Sie Gefäß-Mittellinien für das Modell

1. Öffnen Sie die vmtk-launcher python GUI. Geben Sie im PypePad ein: vmtkcenterlines -ifile [STL-Datei auf dem Desktop gespeichert].stl -ofile [STL name]centerlines.vtp
2. Wählen Sie Ausführen, Führen Sie alle aus, um die Daten in das Programm zu laden. Es wird ein neues Fenster geöffnet, in dem Anweisungen und ein Rendering des Eingabemodells angezeigt werden. Drehen Sie das Modell, und platzieren Sie den Curser an jeder Einlassposition. Drücken Sie die Leertaste, um einen Samen zu platzieren.
3. Nachdem Sie die Samen auf alle Einlässe platziert haben, drücken Sie "Q", um fortzufahren. Wiederholen Sie die gleiche Platzierung der Samen für alle Auslässe. Nachdem Sie die Auslasssamen platziert haben, drücken Sie erneut "Q" und lassen Sie das Programm laufen. Dadurch wird die Mittelliniendatei auf dem Desktop gespeichert.

2. Datenaufbau in Visualisierungssoftware

1. Starten Sie das Open-Source-Visualisierungstool ParaView (Version 5.4.1, das in diesem Verfahren verwendet wird).
2. Wählen Sie Datei, Öffnen..., und suchen Sie die zuvor erstellten Dateien: das patientenspezifische Volume-Netz, die Mittelliniendatei(n) und die EnSight.case-Datei(n). Nachdem Sie auf OKgeklickt haben, sollten alle Daten in die Schnittstelle geladen werden.
3. Wählen Sie in der unteren linken Eigenschaftentabelle die Option Anwendenaus. Dieser Befehl lädt und liest alle Informationen, die ein Benutzer in ParaView geladen oder geändert hat. Markieren Sie das Volumennetz, indem Sie im Pipeline-Browser auf den Namen klicken, um diese Auswahl zu aktivieren.
4. Scrollen Sie in der Tabelle Eigenschaften erneut, und ändern Sie den Deckkraftwert in einen Wert zwischen 0,2 - 0,5. Nun sollten die Mittellinien und Geometrie-Renderings sichtbar sein.

3. 4D-Flow-MRT-Daten mit dem volumetrischen Netzraster neu zuordnen und Rauschen löschen

1. Wählen Sie im oberen Menü Filter, Alphabetisch, ResampleWithDataset. Ein neues Fenster wird geöffnet. Legen Sie die Quelle als Volume-Netz und die Eingabe als EnSight.case-Datei fest. Wählen Sie Ok, sobald diese festgelegt sind.
2. Wählen Sie in der Tabelle Eigenschaften die Option Anwenden aus, um den Filter anzuwenden.
3. Markieren Sie wie zuvor den neuen ResampleWithDataset-Namen,um ihn zu aktivieren. Reduzieren Sie die Deckkraft dieses neuen Renderings, wie bereits erwähnt. Ändern Sie außerdem die Mittellinie(n) von Oberfläche in Punkte im oberen Menü.

4. Bestimmen Sie die Grenzbedingungen für ein- und auslassendes Durchfluss

1. Wählen Sie auf der rechten Seite der Schnittstelle das Werkzeug Ansicht erstellen (Quadrat mit vertikaler Linie), um die Rendering-Optionen zu maximieren und zu minimieren. Wählen Sie die Option SpreadSheet-Ansicht aus.
2. Wählen Sie im Dropdown-Feld Anzeigen die Mittelliniendatei(n)aus. Es kann jeweils nur ein Dateityp ausgewählt werden. Durchlaufen Sie die Daten, indem Sie verschiedene Punkte auswählen, um eine Position innerhalb jedes Ein- und Auslasses zu identifizieren.
3. Verwenden Sie nun die SpreadSheet-Ansicht unter Punkte, um den Normalvektor zwischen zwei Punkten in der Nähe derselben Positionen in (4.2) zu berechnen.
4. Nachdem Sie den normalen Vektor für jede Ein- und Auslassstelle gefunden haben, wählen Sie Filter, Alphabetisch, Slice. Achten Sie darauf, dass Sie das ResampleWithDataset-Programm vorher aktivieren.
5. Der Slice-Filter muss unter einem neuen Zweig von ResampleWithDataset -angezeigt werden. Legen Sie in der Tabelle Eigenschaften die Ebene Origin als dieselbe XYZ-Punktposition für einen der beiden Punkte fest, die zum Berechnen des Normalvektors verwendet werden. Verwenden Sie den Normalvektor von (4.3), um die Normalwerte auszufüllen. Wählen Sie Anwendenaus.
6. Markieren/aktivieren Sie den gerade erstellten Slice-Filter, und wählen Sie Filter, Alphabetisch, Flächenfluss, und dann Anwendenaus. Aktivieren Sie das neue SurfaceFlow-Element im Pipeline-Browser, und wenden Sie die Filter , Alphabetisch, Zeitschritte gruppieren, Anwenden.
7. Öffnen Sie in der SpreadSheet-Ansichtdie GroupTimeSteps-Daten. Exportieren Sie diese Daten nach Microsoft Excel durch Kopieren und Einfügen oder Verwenden von Export Spreadsheet.
8. Berechnen Sie in Excel die gewichteten Werte, die dem Verhältnis der Durchflussrate an jedem Ausgang zum gesamten Einlassdurchfluss entsprechen. Aufgrund des inhärenten Rauschens und Fehlers der 4D-Flow-MRT-Daten, identifizieren Sie das kleinste (in der Regel mit weniger zuverlässigen Daten) Schiff, um "offen" zu lassen, um die Erhaltung der Masse zu gewährleisten.
9. In der CFD-Simulationssoftware werden transiente Strömungswellenformen mit dem Befehl read-transient-tables importiert; Speichern Sie daher die Einlassflussdaten in einem kompatiblen .txt-Format, das in den Online-Tutorials beschrieben wird.

5. CFD-Simulationen einrichten

1. Öffnen Sie die CFD-Simulationssoftware. Hier verwenden wir ANSYS Fluent (Version 18.1, die in diesem Verfahren standardmäßig beschrieben wird). Wählen Sie Datei, Lesenund Fall..., und öffnen Sie die Volume-Mesh .cas-Datei, die zuvor in ParaView verwendet wurde. Zeigen Sie das Netz (dieses Verfahren verwendet eine mit Altair HyperMesh generierte .cas-Datei), indem Sie Display..., Displayauswählen.
2. Es ist wichtig, die Geometrie zu skalieren, um die richtige physikalische Größe des Modells sicherzustellen. Wählen Sie Skalieren... und wenden Sie die Einheitenkonvertierung an, die für den jeweiligen Fall erforderlich ist, dann Schließen.
3. Wählen Sie Materialien, Erstellen/Bearbeiten aus, um die Materialeigenschaften für Blut einzugeben. In diesem Tutorial werden physiologisch relevante Werte von 1060 kg/s bzw. 0,0035 kg/ms für Dichte und Viskosität verwendet.
4. Legen Sie die Grenzbedingungen für den transienten Fluss fest, indem Sie entweder Massenfluss- oder Geschwindigkeitsflussraten als Funktion der Zeit für jeden Einlass vorschreiben. Verwenden Sie die Wellenformen aus der 4D-Flow-MRT-Messung, um die Einlass-Randbedingungen zu verschreiben. Die Ausgänge werden gewichtetin Werte in (4.8) angegeben.
5. Legen Sie unter Lösung, Methoden, die numerischen Schemata fest, die für die räumliche und zeitliche Diskretisierung der Navier-Stokes-Gleichungen verwendet werden. Verwenden Sie für dieses Verfahren Coupled, das die vollständige Druckgeschwindigkeitskopplung ermöglicht, die kleinste Quadrate zellbasiert (Gradient), das Schema der zweiten Ordnung für Druck, das MUSCL-Schema dritter Ordnung für Impulsgleichungen und das implizite Schema der zweiten Ordnung für die diskrete Isierung in der Zeit. Stellen Sie sicher, dass der Parameter Zeit oben links auf Transientfestgelegt wurde.
6. Wählen Sie unter Lösung, Initialisierung, Standardinitialisierungaus. Wenn alle Anfangswerte auf 0gesetzt sind, wählen Sie Initializeaus. Jetzt ist das Programm auf Die Ausführung eingestellt. Legen Sie einen Lösungsordner fest, um Ergebnisse bei jedem AutoSave Every (Time Steps) unter Berechnungsaktivitätenzu speichern.
7. Richten Sie in den letzten Schritten die Zeitschrittgröße(s) unter Ausführungsberechnungein. Verwenden Sie die Excel-Randbedingungsdaten in (4.7), um diesen Wert zu bestimmen. Die Reduzierung des Zeitschritts erleichtert die Konvergenz und verbessert die Genauigkeit der numerischen Lösung bei gleichzeitiger Erhöhung der Lösungszeit. Es ist eine gute Praxis, die Simulation für mindestens drei volle Herzzyklen auszuführen, um die Wirkung der anfänglichen Transienten zu eliminieren.
8. Legen Sie schließlich Max Iterationen für jeden Zeitschritt zwischen 300 - 500 fest. Die Software stoppt die Iterationen automatisch bei jedem Zeitschritt, sobald die Konvergenz erreicht ist, und fährt mit dem folgenden Zeitschritt fort. Die Konvergenz kann verbessert werden, indem eine stetige Strömungssimulation mit gemittelten Geschwindigkeitswerten durchgeführt und dann die Ergebnisse als Ausgangsbedingungen für die Pulsatilflusssimulation verwendet werden. Wählen Sie Berechnen aus, wenn Sie bereit sind, den Solver auszuführen.
9. Die Software führt jede Iteration aus, bis die Konvergenz erreicht ist oder Max Iterationen bewirkt, dass die Iteration fortgesetzt wird. Die Dateien werden automatisch am Speicherort von (5.5) gespeichert, und die Lösungsdaten können entweder in DER ANSYS CFD-Post- oder ParaView-Software visualisiert werden.