中央のモーメント複数の緩和時間LBM頭蓋内動脈瘤における血行動態シミュレーション：PIVおよびPC-MRIを使用したin-in-vitro検証研究

格子ボルツマン法（LBM）は、最近、古典的なナビエストークスソルバーの効率的な代替品として浮上しました。これは、複雑な形状の血行動態に特に当てはまります。ただし、最も基本的な定式化、つまり、いわゆるシングルリラクゼーション時間（SRT）衝突オペレーターを使用すると、クーラント/フーリエスペースに安定性ドメインが制限されており、最小タイムステップとグリッドサイズを強く制約していることが観察されています。。セントラルモーメントスペースにおける複数の緩和時間（MRT）演算子などの改善された衝突モデルの開発により、安定性ドメインが大幅に拡大し、他の多くの十分に文書化されたアーティファクトを克服できるため、シミュレーションのドアを開きます。グリッドとタイムステップサイズの。現在の研究は、特定の衝突オペレーターである中央エルマイトモーメントの複数の緩和時間モデルを実装および検証することに焦点を当てており、平衡分布関数の完全な膨張を伴い、頭蓋内動脈瘤の血流をシミュレートしています。この研究はさらに、異なるテストケースを介した数値モデルの検証と、立体粒子画像速度測定（PIV）および位相制御磁気共鳴イメージング（PC-MRI）を介して得られた実験的測定に対する反対でさらに進行します。患者固有の動脈瘤については、PIVとPC-MRIの両方がシミュレーションにかなりよく同意します。最後に、低解像度のシミュレーションは、流れ場の定性的および定量的分析の両方を通じて実証されているように、十分な精度で血流情報を十分にキャプチャできることが示されました。たとえば、患者固有の構成の場合、グリッドサイズを2倍に増やすと、計算時間が14倍に短縮され、非常に良好な類似性インデックスが0.83から0.88の範囲になりました。

The lattice Boltzmann method (LBM) has recently emerged as an efficient alternative to classical Navier-Stokes solvers. This is particularly true for hemodynamics in complex geometries. However, in its most basic formulation, i.e. with the so-called single relaxation time (SRT) collision operator, it has been observed to have a limited stability domain in the Courant/Fourier space, strongly constraining the minimum time-step and grid size. The development of improved collision models such as the multiple relaxation time (MRT) operator in central moments space has tremendously widened the stability domain, while allowing to overcome a number of other well-documented artifacts, therefore opening the door for simulations over a wider range of grid and time-step sizes. The present work focuses on implementing and validating a specific collision operator, the central Hermite moments multiple relaxation time model with the full expansion of the equilibrium distribution function, to simulate blood flows in intracranial aneurysms. The study further proceeds with a validation of the numerical model through different test-cases and against experimental measurements obtained via stereoscopic particle image velocimetry (PIV) and phase-contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI). For a patient-specific aneurysm both PIV and PC-MRI agree fairly well with the simulation. Finally, low-resolution simulations were shown to be able to capture blood flow information with sufficient accuracy, as demonstrated through both qualitative and quantitative analysis of the flow field while leading to strongly reduced computation times. For instance in the case of the patient-specific configuration, increasing the grid-size by a factor of two led to a reduction of computation time by a factor of 14 with very good similarity indices still ranging from 0.83 to 0.88.