Prediction of the blood flow characteristics is of utmost importance for understanding the behavior of the blood arterial network, especially in the presence of vascular diseases such as stenosis. Computational fluid dynamics (CFD) has provided a powerful and efficient tool to determine these characteristics including the pressure and velocity fields within the network. Despite numerous studies in the field, the extremely high computational cost of CFD has led the researchers to develop new platforms including Machine Learning approaches that instead provide faster analyses at a much lower cost. In this study, we put forth a Deep Neural Network framework to predict flow behavior in a coronary arterial network with different properties in the presence of any abnormality like stenosis. To this end, an artificial neural network (ANN) model is trained using synthetic data so that it can predict the pressure and velocity within the arterial network. The data required to train the neural network were obtained from the CFD analysis of several geometries of arteries with specific features in ABAQUS software. Blood pressure drop caused by stenosis, which is one of the most important factors in the diagnosis of heart diseases, can be predicted using our proposed model knowing the geometrical and flow boundary conditions of any section of the coronary arteries. The efficiency of the model was verified using three real geometries of LAD's vessels. The proposed approach precisely predicts the hemodynamic behavior of the blood flow. The average accuracy of the pressure prediction was 98.7% and the average velocity magnitude accuracy was 93.2%. According to the results of testing the model on three patient-specific geometries, model can be considered as an alternative to finite element methods as well as other hard-to-implement and time-consuming numerical simulations.


翻译:对血液流动特性的预测对于了解血液动脉网络的行为至关重要,特别是在存在神经衰变等血管疾病的情况下。 计算流体动态(CFD)为确定这些特征提供了强大而有效的工具, 包括网络内的压力和速度场。 尽管在实地进行了许多研究, 血液流流特性的计算成本极高, 导致研究人员开发了新的平台, 包括机器学习方法, 而不是以低得多的成本提供更快的分析。 在这次研究中, 我们提出了一个深神经网络框架, 以预测血液动脉网络的流量, 其性质不同, 如神经衰变等。 为此, 人工神经网络模型(ANN)模型(ANN) 提供了使用合成数据来确定这些特征, 从而能够预测动脉网络内的压力和速度。 培训神经网络所需的数据来自CFDM对若干具有拟议特定特征的动脉动的地理模型分析。 血压压力下降, 这是心脏血管变变异状态分析中的最重要因素之一。 心血管变变变变速度的三个模型(LNNNNN) 使用我们提出的平均测算方法, 可以预测地球流中测测算结果。

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