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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
BACCANI, B., DOMENICHINI, F. & PEDRIZZETTI, G. 2002 Vortex dynamics in a model left ventricle during filling. Eur. J. Mech. B/Fluids 21(5), 527-543.
BACCANI, B., DOMENICHINI, F., PEDRIZZETTI, G. & TONTI, G. 2002 Fluid dynamics of the left ventricular filling in dilated cardiomyopathy. J. Biomech. 35(5), 665-671.
BACCANI, B., DOMENICHINI, F. & PEDRIZZETTI, G. 2003 Model and influence of mitral valve opening during the left ventricular filling. J. Biomech. 36(3), 355-361.
BELLHOUSE, B. J. 1972 Fluid mechanics of a model mitral valve and left ventricle. Cardiovas. Res. 6, 199-210.
BOLZON, G., ZOVATTO, L. & PEDRIZZETTI, G. 2003 Birth of three-dimensionality in a pulsed jet through a circular orifice. J. Fluid Mech. 493, 209-218.
BOTNAR, R., RAPPITSCH, G., SCHEIDEGGER, M. B., LIEPSCH, D., PERKTOLD, K. & BOESIGER, P. 2000 Hemodynamics in the carotid artery bifurcation: a comparison between numerical simulations and in vitro MRI measurements. J. Biomech. 33, 137-44.
CONSTANTINESCU, G. S. & LELE, S. K. 2002 A highly accurate technique for the treatment of flow equations at the polar axis in cylindrical coordinates using series expansions. J. Comput. Phys. 183, 165-186.
DE HART, J., BAAIJENS, F. P. T., PETERS, G.W.M. & SCHREURS, P. J. G. 2003 A computational fluid-structure interaction analysis of a fiber-reinforced stentless aortic valve. J. Biomech. 36, 699-712.
DEMIRDVZIC, I. & Peric, M. 1990 Finite volume method for prediction of fluid flow in arbitrary shaped domains with moving boundaries. Int. J. Numerical Methods in Fluids 10, 771-790.
DOMENICHINI, F. & BACCANI, B. 2004 A formulation of Navier-Stokes problem in cylindrical coordinates applied to the 3D entry jet in a duct. Submitted to J. Comput. Phys., December 2003.
FERZIGER, F. H. & PERIC, M. 1996 Computational Methods of fluid dynamics. Springer, Berlin.
FIRSTENBERG, M. S., VANDERVOORT, P. M., GREENBERG, N. L., SMEDIRA, N. G., MCCARTHY, P. M., GARCIA, M. J. & THOMAS, J. D. 2000 Noninvasive estimation of transmitral pressure drop across the normal mitral valve in humans: importance of convective and inertial forces during left ventricular filling. J. Am. Coll. Cardiol. 36(6)}, 1942-1949.
GARCIA, M. J., THOMAS, J. D. & KLEIN, A. L. 1998 New Doppler echocardiographic applications for the study of diastolic function. J. Am. Coll. Cardiol. 32, 865-875.
GARCIA, M. J., SMEDIRA, N. G., GREENBERG, N. L., MAIN, M., FIRSTENBERG, M. S., ODABASHIAN, J. & THOMAS, J. D. 1999 Color M-Mode Doppler Flow Propagation Velocity is a Preload Insensitive Index of Left Ventricular Relaxation: Animal and Human Validation. J. Am. Coll. Cardiol. 35, 201-208.
HUSSAIN, F. & HUSAIN, H. S. 1989 Elliptic jets. Part 1. Characteristics of unexcited and excited jets. J. Fluid Mech. 208 ,257-320.
ISHII, R., FUJIMOTO, H., HATTA, N. & UMEDA, Y. 1999 Experimental and numerical analysis of circular pulse jets. J. Fluid Mech. 392, 129-153.
KILNER, P. J., YANG, G. Z., WILKES, A. J., MOHIADDIN, R. H., FIRMIN, D. N. & YACOUB, M. H. 2000 Asymmetric redirection of flow through the heart. Nature 404, 759 –761.
KIM, W. Y., WALKER, P. G. , PEDERSON, E. M., POULSEN, J. K., OYRE, S., HOULIND, K. & YOGANATHAN, A. P. 1995 Left ventricular blood flow patterns in normal subjects: a quantitative analysis by three-dimensional magnetic resonance velocity mapping. J. Am. Coll. Cardiol. 26, 224-238.
LEMMON, J. D. & YOGANATHAN, A. P. 2000 Three-dimensional computational model of left heart diastolic function with fluid-structure interaction. J. Biomech. Eng. 122, 109-117.
LILEK, Z., MUZAFERIJA, S., PERIC, M. & SEIDL, V. 1997 Computation of unsteady flows using non-matching blocks of structured grid. Numer. Heat Transfer 32B, 403-418.
LOPEZ, J. M., MARQUES, F. & SHEN, J. 2002 An efficient spectral-projection method for the Navier- Stokes equations in cylindrical geometries. J. Comput. Phys. 176, 384-401.
MANDINOV, L., EBERLI, F. R., SEILER, C. & HESS, O. M. 2000 Review: Diastolic heart failure. Cardiovas. Res. 45, 813-825.
MCQUEEN, D. M., PESKIN, C. S. & YELLIN, E. L. 1982. Fluid dynamics of the mitral valve. Am. J. Physiol. 242, H1095.
MCQUEEN, D. M. & PESKIN, C. S. 2000 A three-dimensional computer model of the human heart for studying cardiac fluid dynamics. Computer Graphics 34, 56–60.
NAKAMURA, M., WADA, S., MIKAMI, T., KITABATAKE, A. & KARINO, T. 2003 Computational study on the evolution of an intraventricular vortical flow during early diastole for the interpretation of color M-mode Doppler echocardiograms. Biomech. Model. Mechanobiol. 2(2), 59-72.
PESKIN, C. S. & MCQUEEN, D. M. 1989a A three-dimensional computational method for blood flow in the heart: I Immersed elastic fibers in an incompressible fluid. J. Comput. Phys. 81, 372–405.
PESKIN, C. S. & MCQUEEN, D. M. 1989b A three-dimensional computational method for blood flow in the heart: II Contractile fibers. J. Comput. Phys. 82, 289–298.
REUL, H., TALUKDER, N. & MULLER, W. 1981 Fluid mechanics of the natural mitral valve. J. Biomech. 14(5), 361-372.
SABER, N. R., GOSMAN, A. D., WOOD, N. B., KILNER, P. J., CHARRIER, C. L. & FIRMIN, D. N. 2001 Computational Flow Modeling of the Left Ventricle Based on In Vivo MRI Data: Initial Experience. Ann. Biomed. Eng. 29, 275-283.
STEEN, T. & STEEN, S. 1994 Filling of a model left ventricle studied by colour M mode Doppler. Cardiovas. Res. 28, 1821-1827.
STEVENS, C., REMME, E., LEGRICE, I. & HUNTER, P. 2003 Ventricular mechanics in diastole:material parameter sensitivity. J. Biomech. 36, 737-748.
TAYLOR, T. W. & YAMAGUCHI, T. 1995 Realistic three-dimensional left ventricular ejection determined from computational fluid dynamics. Med. Eng. Phys. 17(8), 602–608.
TONTI, G., PEDRIZZETTI, G., TRAMBAIOLO, P. & SALUSTRI, A. 2001. Space and time dependency of inertial and convective contribution to the transmitral pressure drop during ventricular filling. J. Am. Coll. Cardiol. 38(1), 290-291.
VASAN, R. S. & LEVY, D. 2001 Defining diastolic heart failure. Circulation 101, 2118-2121.
VIERENDEELS, J. A., RIEMSLAGH, K., DICK, E. & VERDONCK, P. R. 2000 Computer simulation of intraventricular flow and pressure during diastole. J. Biomech. Eng. 122, 667-674.
VIERENDEELS, J. A., DICK, E. & VERDONCK, P. R. 2002 Hydrodynamics of color M-mode Doppler flow wave propagation velocity: A computer study. J. Am. Soc. Echocardiogr. 15, 219-224.
VLACHOS, P. P., PIERRAKKOS, O., PHILLIPS, A. & TELIONIS, D. P. 2001 Vorticity and turbulence characteristics inside a transparent flexible left ventricle. BED-Vol. 50, pp. 493-494. ASME.
WIETING, D. W. & STRIPLING, T. E. 1984 Dynamics and fluid dynamics of the mitral valve. In Recent Progress in Mitral Valve Disease (ed. C. Duran, W. W. Angell, A. D. Johnson & J. H. Oury). pp. 13-46. Butterworths Publishers.
ZHAO, S. Z., XU, X. Y., HUGHES, A. D., THOM, S. A., STANTON, A. V., ARIFF, B. & LONG, Q. 2000 Blood flow and vessel mechanics in a physiologically realistic model of a human carotid bifurcation. J. Biomech 33, 975-984.
Parole Chiave
DINAMICA DELLA VORTICITÀ; INTERAZIONE FLUIDO-TESSUTO; MECCANICA DEI FLUIDI; VENTRICOLO SINISTRO; VALVOLA MITRALE; METODI NUMERICI

Modellistica numerica dei fenomeni idraulici e dell'interazione fluido-parete all'interno della cavità ventricolare sinistra

Università degli Studi di Trieste
Abstract
L’applicazione delle conoscenze proprie delle discipline idrauliche a problematiche coinvolgenti flussi biologici è diventata necessità evidente negli ultimi anni, quando ricercatori e operatori di altri ambiti hanno aumentato l’interesse nella modellazione fisico –matematica dei processi fisiologici. Tra questi, fin dagli albori della meccanica dei fluidi biologica, il campo di maggior attrattiva è rappresentato dalla fluidodinamica cardiovascolare, sia per l’intrinseco interesse scientifico che riveste nelle discipline mediche, sia per la sua rilevanza applicativa, che appare evidente quando si osserva che nel mondo occidentale le disfunzioni a carico dell’apparato cardiocircolatorio rappresentano la causa più frequente di decesso.
A fronte dello sforzo prodotto da numerosi ricercatori, la comprensione della meccanica del sangue all’interno delle cavità cardiache è ben lungi dall’essere sufficientemente chiarita; questo a causa dell’estrema complessità dei fenomeni coinvolti, che comprendono la presenza di un fluido reologico, l’interazione tra fluido e parete, la geometria stessa delle cavità, le caratteristiche meccaniche delle pareti, e altri fattori che contribuiscono ad incrementare il livello di difficoltà del problema. Tra questi, bisogna considerare che i processi brevemente elencati, da un punto di vista esclusivamente meccanico, si svolgono in un ambiente biologico reattivo nel quale esiste una variet >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Gianni PEDRIZZETTI Università degli Studi di TRIESTE
Obiettivo del Programma di Ricerca
L'obiettivo principale del progetto è la messa a punto di un modello di simulazione numerica del flusso all'interno del ventricolo sinistro. Tale modello dovrà presentare una ottima accuratezza numerica, utilizzando un metodo misto spettrale - differenze finite su dominio mobile, ed includere il movimento della parete nonché l'influenza della valvola mitrale con lembi mobili all'ingresso.
Tale modello sarà qui utilizzato per la analizzare la meccanica dei fluidi intraventricolare e la costruzione di schemi di interpretazione sintetici basati sull'eventuale definizione di indicatori idraulici, con il fine ultimo dell'applicazione dell'analisi fisico - matematica in supporto della diagnostica.

Lo studio prevede alcuni obiettivi preliminari. Questi sono rappresentati dalla messa a punto di modellazioni matematiche, e della relativa implementazione numerica, per l'analisi di due componenti fondamentali della dinamica intraventricolare. La prima è rappresentata dallo studio della dinamica del fluido all'interno della cavità cardiaca, e la corrispondnete interazione fluido - parete, in presenza di un semplice orifizio in sostituzione della valvola mitrale. La seconda è l'analisi del getto e dell'interazione fluido - tessuto nel moto attraverso una valvola con lembi mobili.

Il modello numerico integrato potrà essere uno primo strumento predittivo, all'interno di definite limitazioni, per analizzare potenziali evoluzioni di patologie e per >>>

Risultati parziali attesi
MATEMATICI:
Costruzione di modello matematico completo della dinamica accoppiata flusso - valvola.

Formulazione delle equazioni del moto fluido e del sistema accoppiato fluido-parete in coordinate ellissoidali.

METODOLOGICI:
Attivazione del codice numerico di calcolo ai volumi finiti per la simulazione del flusso attraverso una valvola mobile.

Costruzione e validazione di un codice numerico tridimensionale per il flusso in una cavità mobile di forma ellissoidale tronca.

FENOMENOLOGICI:
Descrizione della meccanica dei fluidi per il moto attraverso ed immediatamente a valle di una valvola mitrale

Descrizione della meccanica del fluido all'interno del modello di ventricolo sinistro, con particolare riferimento alla dinamica tridimensionale delle strutture vorticose.MECCANICA DEI FLUIDI
Analisi sintetica della meccanica dei fluidi di base, nel caso di flusso pulsante attraverso orifizio con valvola mobile ed eventuale descrizione parametrica.

Analisi sintetica della meccanica dei fluidi di base nella fase di riempimento della cavità ventricolare al netto dell'influenza della valvola mobile.

Descrizione dell'interazione tra sistole e diastole in termini della dinamica delle strutture vorticose, analisi della loro persistenza e della conseguente influenza sulla funzionalità complessiva del ventricolo.

MODELLISTICA:
Costruzione >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Sono ormai diversi anni che alcuni ambiti disciplinari hanno iniziato a mostrare interesse per l'utilizzo delle conoscenze, dei metodi, delle tecniche proprie della tradizione idraulica. Ha assunto posizione di rilievo nello sviluppo di un approccio interdisciplinare alla ricerca il contributo delle discipline mediche, i cui contatti con i ricercatori dell'area idraulica sono passate negli anni dalla consulenza in materia di comprensione di alcuni fenomeni di base, tipicamente della dinamica cardiocircolatoria, alla richiesta di modelli sempre più sofisticati, verso un approccio quantitativo ai problemi, di supporto alle capacità diagnostiche e terapeutiche.
La complessità dei fenomeni connessi alla meccanica dei fluidi biologici ha reso sovente difficile poter fornire risposte che si rivelassero di effettiva utilità clinica. In parallelo, il miglioramento continuo delle tecniche diagnostiche ha mostrato come l'incremento dei dati disponibili non sia immediatamente connesso ad una crescita nella capacità di comprensione, portando con sé l'urgenza della definizione di parametri sintetici, utili al clinico per riconoscere e discriminare rapidamente eventuali patologie. L'obiettivo ideale è rappresentato dalla capacità di rilevare precocemente il potenziale di disturbi prima dell'insorgenza di gravi sintomatologie, nonché dal raffinamento delle tecniche chirurgiche terapeutiche in modo da poter ridurre al minimo l'insorgenza di complicanze postoperatorie. Alla risposta >>>