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Blood Flow Simulation in Patient-Specific Segmented Hepatic Arterial Tree - 08/11/17

Doi : 10.1016/j.irbm.2017.04.001 
C. Simoncini a, b, , Y. Rolland a, b, c, V. Morgenthaler d, K. Jurczuk e, H. Saint-Jalmes a, b, P.-A. Eliat f, g, h, M. Kretowski e, J. Bezy-Wendling a, b
a INSERM, U1099, Rennes, France 
b Université de Rennes 1, LTSI, Rennes, France 
c Centre Eugene Marquis, Rennes, France 
d ANSYS, France 
e Faculty of Computer Science, Bialystok University of Technology, Poland 
f Université de Rennes 1, PRISM, Rennes, France 
g Biosit, CNRS, UMS 3480, Rennes, France 
h INSERM, UMS 018, Rennes, France 

Corresponding author at: Université de Rennes 1, LTSI, Rennes, France.Université de Rennes 1LTSIRennesFrance

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Abstract

Purpose

Selective Internal Radiation Therapy is an emerging, minimally invasive therapy of liver cancer. Millions of microspheres are injected through a catheter into tumor vascular supply. Microspheres distribution in liver is strongly dependent on patient's arteries geometry and catheter tip positioning, which is currently chosen by the physician based on qualitative image interpretation. A patient-specific numerical simulation of blood flow would have a crucial importance in therapy optimization, allowing in-silico research of microspheres trajectories.

Material and methods

We developed a procedure to segment patient's hepatic arterial vasculature with a Hessian based approach on 3D angiography, and to perform blood flow numerical simulation in the extracted geometry with ANSYS Fluent. In vivo blood velocity measurements were performed using phase contrast MRI to constrain these simulations.

Results

Flow results in the larger vessels are coherent with literature, but very little is known for smaller arteries: simulation results are compared to velocity measures on hepatic arteries down to 2.2 mm of diameter on phase contrast MRI, which gave encouraging results for validation.

Conclusion

A viable procedure for arteries segmentation and patient-specific blood flow simulation is proposed, phase contrast MRI allowing for tuning and validation of velocity values. The proposed personalized blood flow simulation is compulsory for the simulation of microspheres trajectories in the aim of tumor targeting.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract

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Highlights

Personalization of flow modeling in hepatic artery based on multimodal imaging.
Development of a 3-steps workflow from images to patient's blood flow simulation.
Hepatic arteries segmentation from 3D angiography using a Hessian based approach.
Phase contrast MRI for specific patient parameters tuning and velocity validation.
Navier–Stokes equations resolution in Ansys FLUENT in patient's arteries.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Computational fluid dynamics, Hepatic artery, Image processing, Liver tumor, Phase contrast MRI, Radioembolization


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