הקדמה להדרכה היא יצירת מודל vasculature ספציפי למטופל. בהדגמה זו, הכלים להתממש מחקות, 3D מערכות עיצוב גיאמגי X, ו Altair HyperMesh שימשו ליצירת רשת נפח tetrahedral מנתוני MRA.

1. צור קווי מרכז כלי דם עבור המודל

1. פתח את ה- Vmtk-launcher python GUI. ב- PypePad, הקלד: vmtkcenterlines -ifile [קובץ STL נשמר בשולחן העבודה].stl -ofile [שם STL]centerlines.vtp
2. בחר הפעל, הפעל הכל כדי לטעון את הנתונים לתוכנית. ייפתח חלון חדש המציג הוראות ועיבוד של מודל הקלט. סובב את הדגם והצב את המקלל בכל מיקום מפרצון. לחץ על מקש הרווח כדי למקם זרע.
3. לאחר הנחת זרעים על כל המפרצונים, לחץ על 'Q' כדי להמשיך. חזור על אותו מיקום של זרעים עבור כל השקעים. לאחר הצבת זרעי השקע, לחץ שוב על 'Q' ותן לתוכנית לפעול. פעולה זו תשמור את קובץ קו האמצע בשולחן העבודה.

2. הגדרת נתונים בתוכנת תצוגה חזותית

1. הפעל את כלי הפריט החזותי בקוד פתוח, ParaView (גירסה 5.4.1 המשמשת בהליך זה).
2. בחר קובץ, פתח...ואתר את הקבצים שנוצרו בעבר: רשת המיזוג של אמצעי האחסון הספציפי למטופל, קבצים בקו האמצע וקבצי EnSight.case( ים). לאחר לחיצה על אישור, יש לטעון את כל הנתונים לממשק.
3. מהטבלה מאפיינים בפינה הימנית התחתונה, בחר החל. פקודה זו תטען ותקרא את כל המידע שהמשתמש טען או שינה ב- ParaView. סמן את רשת אמצעי האחסון על-ידי לחיצה על שמה בדפדפן Pipeline כדי להפעיל בחירה זו.
4. שוב, בטבלה מאפיינים, גלול ושנה את ערך האטימות למקום כלשהו בין 0.2 - 0.5. עכשיו, קווי האמצע ועיבודי הגיאומטריה צריכים להיות גלויים.

3. למשט מחדש נתוני MRI של זרימה 4D עם רשת הנפח ולמחוק רעש

1. מהתפריט העליון, בחר מסננים, אלפביתית, דגימה מחדשWithDataset. חלון חדש ייפתח. הגדר את המקור כרשת אמצעי האחסון ואת הקלט כקובץ EnSight.case. בחר אישור לאחר הגדרת אלה.
2. בטבלה מאפיינים, בחר החל כדי להחיל את המסנן.
3. כבעבר, סמן את השם החדש מדגם מחדשWithDataset# כדי להפעיל אותו. הפחת את האטימות של עיבוד חדש זה כאמור. בנוסף, שנה את קווי האמצע מ-Surface לנקודות בתפריט העליון.

4. קביעת תנאי גבול זרימת המפרצון והשקע

1. בצד שמאל של הממשק, לצד הגדלה ומזער של אפשרויות עיבוד, בחר בכלי יצירת תצוגה (ריבוע עם קו אנכי). בחר באפשרות תצוגת גליון כפולות.
2. מהתיבה הנפתחת הצג, בחר את הקבצים בקו האמצע. ניתן לבחור רק סוג קובץ אחד בכל פעם. מעבר בין הנתונים, בחירת נקודות שונות כדי לזהות מיקום בתוך כל כניסה ושקע.
3. כעת, השתמש בתצוגת גליון כפולות מתחת לנקודות כדי לחשב את הווקטור הנורמלי בין שתי נקודות ליד אותם מיקומים שנמצאו ב- (4.2).
4. לאחר מציאת הווקטור הנורמלי עבור כל מיקום הכניסה והשקע, בחר מסננים, אלפביתי, פרוסה. הקפד להפעיל את הדגימה מחדשWithDataset# מראש.
5. המסנן פרוסה צריך להופיע מתחת לענף חדש שמגיע מ- ResampleWithDataset#. בטבלה מאפיינים, הגדר את המקור של המישור כמיקום נקודת XYZ זהה עבור אחת משתי הנקודות המשמשות לחישוב הווקטור הרגיל. השתמש בווקטור הרגיל מ- (4.3) כדי למלא את הערכים Normal. בחר החל.
6. הדגש/הפעל את המסנן Slice# שנוצר זה עתה ובחר מסננים, אלפביתית, זרימת פני השטחולאחר מכן החל. הפעל את הפריט החדש SurfaceFlow# בדפדפן הצינורוהחל את המסננים, אלפבית, שלבי זמן הקבוצה, החל.
7. בתצוגת גליון כפולות, פתח את נתוני GroupTimeSteps# . יצא נתונים אלה ל- Microsoft Excel באמצעות העתקה והדבקה או שימוש בייצוא גיליון אלקטרוני.
8. ב- Excel, חשב את הערכים המשוקללים המתאימים ליחס בין קצב הזרימה בכל שקע לקצב זרימת המקלט הכולל. בשל רעש ושגיאה טבועים של נתוני MRI 4D Flow, לזהות את הספינה הקטנה ביותר (בדרך כלל יש נתונים פחות אמינים) להשאיר "פתוח" כדי להבטיח את שימור המסה.
9. בתוכנת סימולציה של CFD, צורות גל של זרימה ארעית מיובאות באמצעות הפקודה 'טבלאות קריאה חולפות'; לכן, שמור את נתוני זרימת המפרצון בתבנית תואמת .txt המתוארת בערכות הלימוד המקוונות.

5. הגדרת סימולציות CFD

1. פתח תוכנת סימולציה של CFD. כאן אנו משתמשים ANSYS Fluent (גירסה 18.1 המתוארת בהליך זה כברירת מחדל). בחר קובץ, קריאה ורישיות...ופתח את קובץ ה- .cas של רשת אמצעי האחסון ששימש בעבר ב- ParaView. הצג את רשת הרשת (הליך זה משתמש בקובץ .cas שנוצר עם Altair HyperMesh) על-ידי בחירה באפשרות הצג..., הצג.
2. חשוב לשנות את קנה המידה של הגיאומטריה כדי להבטיח את הגודל הפיזי הנכון של המודל. בחר קנה מידה... והחל את המרת היחידה הדרושה עבור האירוע הספציפי ולאחר מכן סגור.
3. בחר חומרים, צור/ערוך כדי להזין את המאפיינים החומריים לדם. מדריך זה משתמש בערכים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית של 1060 ק"ג/s ו- 0.0035 ק"ג/ms לצפיפות וצמיגות, בהתאמה.
4. הגדר את תנאי גבול הזרימה החולפת על-ידי קביעת קצבי זרימת מסה או זרימת מהירות כפונקציה של זמן עבור כל פריצה. השתמש בצורה של צורות גל המתקבלות ממדידה MRI של זרימה 4D כדי לקבוע את תנאי גבול המפרצון. שקעים מקבלים ערכים משוקללים הנמצאים ב( 4.8).
5. תחת פתרון, שיטות, הגדר את הערכות המספריות המשמשות לדיסקרטיזציה מרחבית וטמפורלית של משוואות Navier-Stokes. עבור הליך זה, השתמש ב- זוג, המאפשר צימוד מלא של מהירות לחץ, מבוסס תא ריבועים לפחות (הדרגתי), ערכת הזמנה שנייה ללחץ, ערכת MUSCL מסדר שלישי למשוואות מומנטום וסכימה משתמעת מסדר שני לדיפרנציה בזמן. ודא שפרמטר Time בצד הימני העליון הוגדר כ ארעי.
6. תחת פתרון, אתחול, בחר אתחול סטנדרטי. כאשר כל הערכים ההתחלתיים מוגדרים כ- 0, בחר אתחל. כעת התוכנית מוגדרת לפעול. ייעד תיקיית פתרונות לשמירת תוצאות כל שמירה אוטומטית כל (שלבי זמן) מתחת לפעילויות חישוב.
7. בשלבים האחרונים, הגדר את גודל שלב הזמן(ים) תחת הפעל חישוב. השתמש בנתוני תנאי הגבול של Excel ב- (4.7) כדי לקבוע ערך זה. הפחתת שלב הזמן מקלה על התכנסות ומשפרת את הדיוק של הפתרון המספרי, תוך הגדלת זמן הפתרון. זהו תרגול טוב להפעיל את הסימולציה לפחות שלושה מחזורי לב מלאים כדי לחסל את ההשפעה של ארעיים ראשוניים.
8. לבסוף, הגדר את מספר איטרציות מרבי לכל שלב בין 300 ל - 500. התוכנה תפסיק באופן אוטומטי את האיטרציות בכל שלב זמן לאחר ההגעה להתכנסות ותמשיך לשלב הזמן הבא. ניתן לשפר את ההתכנסות על ידי הפעלת סימולציית זרימה יציבה עם ערכי מהירות ממוצעים ולאחר מכן שימוש בתוצאות כתנאים ההתחלתיים לסימולציית הזרימה הפועמת. בחר חשב מתי מוכן להפעיל את Solver.
9. התוכנה תריץ כל איטרציה עד שתתכנס או שמא תוסיף איטרציות מרביות להמשך האיטרציה. הקבצים יישמרו באופן אוטומטי במיקום מ- (5.5), וניתן לדמיין את נתוני הפתרון בתוכנת ANSYS CFD-Post או ParaView.