Computational fluid dynamics (CFD) is a valuable asset for patient-specific cardiovascular-disease diagnosis and prognosis, but its high computational demands hamper its adoption in practice. Machine-learning methods that estimate blood flow in individual patients could accelerate or replace CFD simulation to overcome these limitations. In this work, we consider the estimation of vector-valued quantities on the wall of three-dimensional geometric artery models. We employ group-equivariant graph convolution in an end-to-end SE(3)-equivariant neural network that operates directly on triangular surface meshes and makes efficient use of training data. We run experiments on a large dataset of synthetic coronary arteries and find that our method estimates directional wall shear stress (WSS) with an approximation error of 7.6% and normalised mean absolute error (NMAE) of 0.4% while up to two orders of magnitude faster than CFD. Furthermore, we show that our method is powerful enough to accurately predict transient, vector-valued WSS over the cardiac cycle while conditioned on a range of different inflow boundary conditions. These results demonstrate the potential of our proposed method as a plugin replacement for CFD in the personalised prediction of hemodynamic vector and scalar fields.
翻译:计算流体动态(CFD)是针对特定病人的心血管疾病诊断和预测的有价值的资产,但高的计算需求妨碍了其在实践中的采用。 估算个别病人血液流的机器学习方法可以加速或取代CFD模拟,以克服这些限制。 在这项工作中,我们考虑对三维几何动动动模型墙壁上三维几何动动脉模型中矢量定值数量的估计,我们采用三维几分立动动动脉动动态模型(CFD)在端到端端SE(3)-等离异性心血管网络中采用群体-等离异性平方方方方方方方方方方方方方方方方形的图形相向量计算,这种网络直接在三角表面模外的外壳上运行并高效使用培训数据。我们在合成心室动动动动动动动动动动动动动动动动动动动脉的大型数据集上进行实验,发现我们的方法估计方向壁壁压力(USSSS)估计方向壁压力压力(WSS),近7.6%差误误差,正常的绝对绝对误差(NAE)为0.3,最多2级的绝对值水平,比CFLFLFA,我们提议的RFLFDRFDFDF 的AFF 的外 的AFFFFFF 的AFFFFFR 的室室室 的室室室室 的外 的外 的外 的外 的外 的外 的外 的外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外 外