Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/16355
Title: A computational study of blood flow in the left atrium of patients with atrial fibrillation
Other Titles: Υπολογιστική μελέτη της ροής του αίματος στον αριστερό κόλπο ασθενών με κολπική μαρμαρυγή
Authors: Βάρσος, Παύλος
Keywords: Computational fluid dynamics (CFD)
OpenFOAM
Wall shear stress
Atrial fibrillation
Hemodynamics
Keywords (translated): Υπολογιστική ρευστοδυναμική
Τοιχωματική διατμητική τάση
Κολπική μαρμαρυγή
Αιμοδυναμική
Abstract: The main object of this Diploma Thesis is the computational study of blood flow in the left atrium of patients with Atrial Fibrillation. Atrial Fibrillation is the most frequent cardiac arrhythmia worldwide, since it affects 1 to 2% of the general population, while it is accompanied by high mortality rates. Like any other arrhythmia, Atrial Fibrillation refers to cases in which the electrical activity of the heart involves abnormalities, which are often not completely treated with neither medication nor surgery. A critical treatment method, minimally invasive, is catheter ablation which is simultaneously conducted with the procedure of electrophysiological mapping of the left atrium. The scope of this project is to create a framework for the comparison of mappings of multiple wall shear stress indices (which according to experiments are associated with the cardiac electrical activity) with electrophysiological mappings, using patient-specific data provided by doctors. Possible correlations can supply doctors with crucial information in a direction of improving the ablation process outcomes. Reconstruction techniques are implemented to convert two-dimensional MRI images into three-dimensional models of the left atrium. Following the optimization of the 3D model, the mesh generation and the solution of the cardiac flow procedures take place. Both of these processes are performed in the open-source software, OpenFOAM ®, as we take advantage of the countless capabilities offered. After generating the mesh, a procedure of paramount importance for a computational study, the mesh independence study is carried out under steady state conditions using the simpleFoam solver, aiming to obtain the most suitable model for the present project. At the same time, various turbulence models and boundary conditions are tested in order to detect any possible differences in blood flow behavior. Finally, a transient flow simulation of a realistic cardiac cycle is conducted, utilizing the pisoFoam solver, since our main goal is to visualize the distribution of a variety of hemodynamic parameters, such as the Oscillatory Shear Index, as well as indices for indicating blood stasis in high-risk areas of the left atrium, like the Left Atrial Appendage.
Abstract (translated): Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει ως βασικό αντικείμενο την υπολογιστική μελέτη της ροής αίματος στον αριστερό κόλπο της καρδιάς ασθενών με Κολπική Μαρμαρυγή. Η Κολπική Μαρμαρυγή συνιστά την συχνότερη καρδιακή αρρυθμία παγκοσμίως, καθώς επηρεάζει το 1 με 2% του γενικού πληθυσμού, ενώ παράλληλα συνοδεύεται από υψηλά ποσοστά θνητότητας. Η Κολπική Μαρμαρυγή, όπως και κάθε αρρυθμία, ουσιαστικά αναφέρεται στις περιπτώσεις κάτω από τις οποίες η καρδιακή ηλεκτρική δραστηριότητα παρουσιάζει ανωμαλίες, οι οποίες συχνά δεν αντιμετωπίζονται πλήρως, ούτε φαρμακευτικά, ούτε χειρουργικά. Βασική μέθοδος, ελάχιστα επεμβατική, με στόχο την αποσυμφόρηση του ασθενή είναι η κατάλυση με καθετήρα, η οποία συνοδεύεται από ηλεκτροφυσιολογική χαρτογράφηση του αριστερού κόλπου. Στόχος της εργασίας είναι η δημιουργία ενός υποβάθρου για την σύγκριση χαρτογραφήσεων διάφορων δεικτών της τοιχωματικής διατμητικής τάσης (η οποία σύμφωνα με πειράματα συνδέεται με την καρδιακή ηλεκτρική δραστηριότητα) με ηλεκτροφυσιολογικές χαρτογραφήσεις, παρεχόμενες από γιατρούς για τον κάθε ασθενή ξεχωριστά. Πιθανές ομοιότητες δύναται να προσφέρουν σημαντικά δεδομένα στους γιατρούς προς μια κατεύθυνση για αύξηση της αποδοτικότητας της διαδικασίας της κατάλυσης. Για την δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου του αριστερού κόλπου χρησιμοποιούνται μέθοδοι ανακατασκευής από δισδιάστατες εικόνες μαγνητικής τομογραφίας. Μετά από μια διαδικασία βελτιστοποίησης του μοντέλου με διάφορες τεχνικές, ακολουθεί η πλεγματοποίησή του και εν συνεχεία η λύση της αιμοδυναμικής ροής. Οι δύο αυτές διαδικασίες πραγματοποιούνται με το λογισμικό ανοιχτού κώδικα OpenFOAM ®, εκμεταλλευόμενοι τις αμέτρητες δυνατότητες που παρέχουν τέτοιου τύπου λογισμικά. Την πλεγματοποίηση του μοντέλου, έπειτα από τη ρύθμιση των κατάλληλων παραμέτρων, ακολουθεί η μελέτη ανεξαρτησίας του πλέγματος με στόχο την ανάδειξη του καταλληλότερου μοντέλου, η οποία και διεξάγεται σε συνθήκες μόνιμης ροής με τη χρήση του επιλύτη simpleFoam. Παράλληλα, ελέγχονται διάφορα μοντέλα τύρβης και συνοριακές συνθήκες με στόχο την κατάδειξη πιθανών διαφορών στη ροϊκή συμπεριφορά του αίματος. Τέλος, πραγματοποιείται προσομοίωση της ροής υπό συνθήκες ρεαλιστικού καρδιακού κύκλου με τη χρήση του επιλύτη pisoFoam, έτσι ώστε να καταλήξουμε στην απεικόνιση της κατανομής διαφόρων αιμοδυναμικών δεικτών για τον αριστερό κόλπο, όπως η μεταβαλλόμενη διατμητική τάση καθώς και δείκτες που αφορούν τη πιθανότητα θρομβογένεσης σε περιοχές υψηλού κινδύνου, όπως το ωτίο του αριστερού κόλπου.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_ΒΑΡΣΟΣ_ΠΑΥΛΟΣ_1059722.pdf5.88 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.