Flow of cerebrospinal fluid in perivascular spaces is a key mechanism underlying brain transport and clearance. In this paper, we present a mathematical and numerical formalism for reduced models of pulsatile viscous fluid flow in networks of generalized annular cylinders. We apply this framework to study cerebrospinal fluid flow in perivascular spaces induced by pressure differences, cardiac pulse wave-induced vascular wall motion and vasomotion. The reduced models provide approximations of the cross-section average pressure and cross-section flux, both defined over the topologically one-dimensional centerlines of the network geometry. Comparing the full and reduced model predictions, we find that the reduced models capture pulsatile flow characteristics and provide accurate pressure and flux predictions across the range of idealized and image-based scenarios investigated at a fraction of the computational cost of the corresponding full models. The framework presented thus provides a robust and effective computational approach for large scale in-silico studies of pulsatile perivascular fluid flow and transport.


翻译:在本文中,我们展示了一种数学和数字形式主义,用于在通用废气瓶网络中减少脉冲粘液流模式。我们运用了这个框架,研究由压力差异、心脉冲波引发的血管壁动和血管移动引发的围状空间中脑血管流体流。这些减少的模型提供了跨区平均压力和跨区流的近似值,两者都是在网络表层单维中心线上定义的。比较了完整和减少的模型预测,我们发现这些减少的模型能够捕捉肺气流特征,并提供了根据相应的完整模型的计算成本的一小部分所调查的各种理想化和基于图像的情景的准确压力和通量预测。因此,所提出的框架为大规模对脉冲孔流和流动进行硅基研究提供了一种可靠和有效的计算方法。

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