Multi-Constituent Simulation of Thrombus Deposition

血栓 水准点(测量) 沉积(地质) 生物医学工程 血栓形成 计算机科学 计算流体力学 血流 材料科学 生物系统 机械 心脏病学 外科 医学 物理 生物 地质学 古生物学 大地测量学 沉积物
作者
Wei‐Tao Wu,Megan A. Jamiolkowski,William R. Wagner,Nadine Aubry,Mehrdad Massoudi,James F. Antaki
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:80
标识
DOI:10.1038/srep42720
摘要

In this paper, we present a spatio-temporal mathematical model for simulating the formation and growth of a thrombus. Blood is treated as a multi-constituent mixture comprised of a linear fluid phase and a thrombus (solid) phase. The transport and reactions of 10 chemical and biological species are incorporated using a system of coupled convection-reaction-diffusion (CRD) equations to represent three processes in thrombus formation: initiation, propagation and stabilization. Computational fluid dynamic (CFD) simulations using the libraries of OpenFOAM were performed for two illustrative benchmark problems: in vivo thrombus growth in an injured blood vessel and in vitro thrombus deposition in micro-channels (1.5 mm × 1.6 mm × 0.1 mm) with small crevices (125 μm × 75 μm and 125 μm × 137 μm). For both problems, the simulated thrombus deposition agreed very well with experimental observations, both spatially and temporally. Based on the success with these two benchmark problems, which have very different flow conditions and biological environments, we believe that the current model will provide useful insight into the genesis of thrombosis in blood-wetted devices, and provide a tool for the design of less thrombogenic devices.
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