チュートリアルの前駆体は、患者固有の血管モデルの作成です。このデモでは、MRA データから四面体ボリューム メッシュを生成するために、[ミテリアス]、[3D システム ジオマジック デザイン X]、および [アルテア ハイパーメッシュ] ツールを使用して、MRA データから四面体ボリューム メッシュを生成しました。

1. モデルの船舶中心線の生成

1. vmtk ランチャー Python GUI を開きます。PypePad で、次のように入力します。
2. [実行] を選択し、[すべて実行] を選択して、データをプログラムに読み込みます。入力モデルの命令とレンダリングを表示する新しいウィンドウが開きます。モデルを回転し、各入口の位置に curser を配置します。スペースバーを押してシードを配置します。
3. すべての入口に種子を置いた後、「Q」を押して続行します。すべてのコンセントに対して同じシードの配置を繰り返します。出口の種子を置いた後、もう一度「Q」を押して、プログラムを実行します。これにより、中央のファイルがデスクトップに保存されます。

2. 可視化ソフトウェアにおけるデータ設定

1. オープンソースの視覚化ツール ParaView (この手順で使用するバージョン 5.4.1) を起動します。
2. [ファイル]、[開く...]、以前に作成したファイル(患者固有のボリューム メッシュ、センターライン ファイル、EnSight.case ファイル)を選択します。[OK]をクリックすると、すべてのデータがインターフェイスに読み込まれます。
3. 左下の[プロパティ]テーブルで、[適用] を選択します。このコマンドは、ユーザーが ParaView で読み込みまたは変更したすべての情報を読み込んで読み取ります。パイプライン ブラウザ内でボリューム メッシュの名前をクリックして、ボリューム メッシュをハイライト表示し、この選択をアクティブにします。
4. ここでも、[プロパティ]テーブルで[不透明度]の値を0.2 ~ 0.5の間にスクロールして変更します。ここで、中心線とジオメトリレンダリングが表示されます。

3. 体積メッシュグリッドを使用して4DフローMRIデータを再マップし、ノイズを削除する

1. 上部のメニューから、[フィルタ]、[アルファベット順]、[リサンプルWithデータセット]の順に選択します。新しいウィンドウが開きます。ソースをボリューム メッシュとして設定し、入力を EnSight.case ファイルとして設定します。これらが設定されたら、[OK] を選択します。
2. [プロパティ]テーブルで、[適用] を選択してフィルターを適用します。
3. 前と同様に、新しいResampleWith データセット# 名を強調表示してアクティブにします。前述のように、この新しいレンダリングの不透明度を下げます。また、中心線をサーフェスから上部メニューの点に変更します。

4. 流入口と出口の流れ境界条件を決定する

1. インターフェイスの右側で、レンダリング オプションを最大化して最小化する横で、[ビューを作成]ツール(垂直線付きの正方形)を選択します。[スプレッドシート ビュー ]オプションを選択します。
2. [表示] ドロップダウン ボックスから、中心線ファイルを選択します。一度に選択できるファイルの種類は 1 つだけです。データを循環し、さまざまなポイントを選択して、各入口と出口内の位置を特定します。
3. 次に、[ポイント]の下にあるスプレッドシート ビューを使用して、(4.2) で見つかった同じ位置付近の 2 点間の法線ベクトルを計算します。
4. 各入口と出口の位置の法線ベクトルを見つけた後、[フィルター]、[アルファベット順]、[スライス] の順に選択します。事前にリサンプル With データセット#をアクティブにしてください。
5. スライスフィルターは、 ResampleWithDataset#から取得した新しい分岐の下に表示される必要があります。[プロパティ]テーブルで、法線ベクトルの計算に使用する 2 つの点の 1 つに対して、平面の原点を同じ XYZ 点の位置として設定します。(4.3)の法線ベクトルを使用して、法線の値を入力します。[適用] を選択します。
6. 作成したSlice#フィルタを強調表示/アクティブ化し、[フィルタ]、[アルファベット順]、[サーフェス フロー] の順に選択し、[適用] を選択します。[ パイプライン ブラウザ] で新しいSurfaceFlow#アイテムをアクティブにし、[フィルタ]、[アルファベット順]、[グループ時間ステップ]、[適用] などの[フィルタ]、[アルファベット順]、[グループの時間ステップ] の順に適用します。
7. [スプレッドシート ビュー] で、グループタイムステップ#データを開きます。このデータを Excel にエクスポートするには、スプレッドシートをコピーして貼り付け、または使用します。
8. Excel では、各流出口の流量の比率に対応する加重値を合計流入口流量に対して計算します。4D Flow MRIデータの固有のノイズと誤差により、質量の保全を確保するために「オープン」のままにしておく最小の(一般的に信頼性の低いデータを持つ)船を特定します。
9. CFD シミュレーションソフトウェアでは、一時的な流れ波形は読み取り-一時的テーブルコマンドを使用して読み込まれます。したがって、オンライン チュートリアルで説明されている互換性のある .txt 形式で入口フロー データを保存します。

5. CFD シミュレーションのセットアップ

1. CFDシミュレーションソフトウェアを開きます。ここでは、ANSYS Fluent (この手順で説明されているバージョン 18.1 をデフォルトとして使用します) を使用します。[ファイル]、[読み取り]、および [ケース...] を選択し、ParaView で以前使用していたボリューム メッシュ .cas ファイルを開きます。[表示] を選択してメッシュを表示します(この手順では Altair HyperMesh で生成された .cas ファイルを使用します)。
2. モデルの正しい物理サイズを確保するために、ジオメトリをスケーリングすることが重要です。[スケール...]を選択し、特定のケースに必要な単位変換を適用してから[閉じる] を選択します。
3. [マテリアル]を選択し、[作成/編集]を選択して、血液の材料特性を入力します。このチュートリアルでは、密度と粘度にそれぞれ 1060 kg/s と 0.0035 kg/ms の生理的に関連する値を使用します。
4. 各流入口の時間の関数として質量流量または速度流量を指定して、非定常流れ境界条件を設定します。4DフローMRI測定から得られた波形を使用して、入口境界条件を規定します。アウトレットには、(4.8)に含まれる加重値が与えられます。
5. [ソリューション]、[方法] で、Navier-Stokes 方程式の空間的および時間的離散化に使用する数値スキームを設定します。この手順では、全圧力速度結合を有効にする結合済み (最小二乗セル ベース(勾配)、圧力の2 次スキーム、運動量方程式の3 次 MUSCLスキーム、および時間内の離散化のための2 次暗黙的スキームを使用します。左上のTimeパラメーターが[Transient]に設定されていることを確認します。
6. [ソリューション] の[初期化] で、[標準初期化]を選択します。すべての初期値を0に設定した後、[初期化] を選択します。これで、プログラムが実行するように設定されます。[計算アクティビティ] の下にある [自動保存間隔 (時間ステップ)]の下に、すべての自動保存 (時間ステップ) の結果を保存するソリューション フォルダーを指定します。
7. 最後の手順では、[ 実行計算] の [時間ステップ サイズ]を設定します。この値を決定するには、(4.7) の Excel 境界条件データを使用します。時間ステップを短縮すると、収束が容易になり、数値解の精度が向上すると同時に、解析時間が長くなります。初期の一過性の影響を排除するために、少なくとも3つの完全な心周期のシミュレーションを実行することをお勧めします。
8. 最後に、300 ~ 500の各時間ステップの最大反復回数を設定します。収束に達すると、ソフトウェアは自動的に各時間ステップで反復を停止し、次の時間ステップに進みます。収束は、平均速度値を持つ安定した流れシミュレーションを実行し、その結果を拍動流シミュレーションの初期条件として使用することで改善できます。ソルバーを実行する準備ができたら、[計算] を選択します。
9. 収束が達成されるか、最大反復が発生して反復が続行されるまで、ソフトウェアは各反復を実行します。ファイルは(5.5)の場所に自動的に保存され、ソリューションデータはANSYS CFD-PostまたはParaViewソフトウェアのいずれかで視覚化することができます。