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可视化在大脑中采取研究人员
发布周图03,2006 @ 05:06PM
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Application At 赖斯大学 在德克萨斯州休斯顿,团队成员进行高级流动仿真和建模(T * AFSM.)正在与其他机构的团队成员合作,以解锁人类大脑中发现的循环系​​统的奥秘。

本集团由大米大学机械工程和材料科学的研究人员组成, 贝勒医学院 在休斯顿,和 伯塞尔大学 在明尼苏达州。他们的计算资源包括由T * AFSM和Rice开发的计算机建模方法和程序和Cray XD1超级计算机。跨学科团队正在利用计算流体力学和流体结构与模型脑竞猜足球相互作用,其目的是更好地理解 - 最终,更好地诊断和预后 - 脑竞猜足球瘤。


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领导努力是Tayfun Tezduyar教授,James F. Barbour教授在赖斯大学机械工程教授。团队的其他主要成员是Sunil Sathe来自米饭,Baylor教授Brian Conklin教授,以及来自伯特尔的Keith Stein教授。 Tezduyar和他的研究同事们的问题是计算科学和计算机建模如何帮助外科医生对可能危及患者生命的竞猜足球瘤的治疗决策。

竞猜足球瘤是竞猜足球壁的弱点,其在由于压力开始凸起,就像内管中的弱点一样。据估计,大约5%的人有脑竞猜足球瘤,但竞猜足球瘤的简单存在不一定是一个问题。真正的危险来自于破坏的危险中的竞猜足球瘤。虽然可以进行手术干预,但在脑竞猜足球上操作是高度侵入的,并且具有非常显着的风险。所以知道何时 - 当不操作时是一个严肃的问题,通常很难回答。

它会破裂吗?

为了给外科医生提供有关可能发生破裂的更多信息,因此当需要手术时,Tezduyar的团队正在模拟脑竞猜足球中的血液流动,以识别竞猜足球瘤的血液流动特性和病情,并且最终破裂。

“我们希望了解竞猜足球瘤变形的竞猜足球墙和如何影响血流的相关特征,例如在竞猜足球墙上产生的壁剪应力,”Tezduyar说。

完全了解血液流过,与脑竞猜足球相互作用是一个主要的计算挑战。竞猜足球和球囊状竞猜足球瘤的柔软性质 - 使精确的血流模拟非常复杂。例如,如果竞猜足球是具有流过IT血流计算的油状的刚性结构,则血流计算将相对容易。这是因为管道可以看出在方程中不变,使油流特性作为唯一变量。但是,血液流过竞猜足球的血液不如血流模式和压力的变化变形。

在竞猜足球的情况下,血流和竞猜足球的结构都不能被视为恒定。换句话说,不仅用心脏的每次节拍而变化,而且柔软的竞猜足球膨胀并连续地延长并连续地改变尺寸和形状。并且当竞猜足球的尺寸和形状发生变化时,这反过来又影响了血流条件。对于工程师来说,这提出了所谓的流体结构相互作用,其中两个变量不能分开研究,因为它们不断地影响彼此。

工程符合药

在参与生物力学研究之前,Tezduyar教授对设计计算方法和建模技术感兴趣,以解决复杂的流体结构相互作用问题。 Tezduyar和他的研究生开发的这种方法和技术返回到1992年。然而,只有在2000年开始与东京大学的生物力学和医学研究人员开始合作之后,他才开始将他的计算方法应用于地区在传统的工程领域之外。事实上,他对这个主题的第一个杂志是日语。

今天,他的团队是各学科的研究人员正在加入势力解决问题的一部分。由于科学家能够解决越来越复杂的问题,所以回答它们所需的技术和知识通常来自多个学科。

评论趋势,Tezduyar指出,“机械工程领域的相当少数人正在寻找生物力学问题的计算机建模。在我的估计中,虽然很多动机和方向可能来自医学院,但大多数计算方法和专业知识来自工程学学校。当然,我们正在开发计算方法和建模技术的人需要与医学研究人员合作,以便更好地了解需要建模的内容以及如何解释我们计算的内容。“

虚拟竞猜足球瘤

为了想象大脑中发生的事情,团队开始通过用竞猜足球瘤创建虚拟脑竞猜足球的部分。使用预处理工具和研究人员与计算机断层扫描成像的真正近似的实际竞猜足球部分创建了竞猜足球部分。然后在CRAY XD1上并行进行计算以数值方式模拟竞猜足球瘤和血液的竞猜足球瘤和血液将彼此相互作用。此数据最终送入Ensight,这是一种来自计算工程国际(CEI)的软件程序,其允许详细地进行可视化和分析血液竞猜足球相互作用。

研究人员的一个研究人员一直通过可视化进行研究是由于血流而在竞猜足球壁上产生的压力。这种应力的存在和程度,称为壁剪切应力,取决于血流特性,例如流动模式和速度,以及竞猜足球的几何形状。 T * AFSM及其日本合作者发现这是一个尤其是考虑到竞猜足球在计算中的柔软性质至关重要的地方。

他们发现竞猜足球被认为是刚性的视觉模拟,对墙面剪切应力对竞猜足球的影响感到不完整。当他们认为竞猜足球壁变形时,壁剪切应力结果显着不同。通过如此现实的建模,研究人员认为,这些可视化将有一天会帮助他们更好地了解竞猜足球瘤的进展。

“Ensight Visualizations以多种方式帮助我们 - 而不仅仅是最终的演示媒体。当我们计算某些内容时,Ensight还可作为一个诊断工具,以便首先出现一些意识,并检查我们的结果。例如,我们需要确保物理学定律准确表示,肌电有助于我们这样做的良好工具。 exisight甚至为我们提供了vorticity,如果我们想拥有它,所以我们可以看看它并试图了解问题的真正机制发生了什么。如果没有救助,我们将在这个模拟中产生多大进展,“Tezduyar观察。

T * AFSM还为对生物力学问题的计算机建模感兴趣的美国科学家和工程师的后代创造了研究和培训机会。随着球队继续与脑竞猜足球瘤的合作,研究人员已经有了未来可能的努力。未来工作的一个领域是继续采用和改进数值方法,以获得更有效的技术和更精确的模拟。但除此之外,该团队还计划下一步将其专业知识应用于心脏阀门。

由于希望通过计算机建模回答一些医学科学的问题并最终改善生命,这些研究人员将继续通过人类循环系统的方式遍布一下,一次奴役可视化。

竞猜足球瘤血流模式
在收缩期循环期间瞬间血流模式。计算机模型是一个57岁男性脑竞猜足球瘤的中脑竞猜足球段的计算机断层扫描模型的密切逼近。

 

竞猜足球瘤血流模式
在收缩期循环期间瞬间血流模式。计算机模型是一部59岁女性中脑竞猜足球段的计算机断层摄影模型的密切逼近,脑竞猜足球瘤。

 

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