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Titel: Hemodynamic data assimilation in a subject-specific circle of Willis geometry
Autor(en): Gaidzik, Franziska
Pathiraja, Sahani
Saalfeld, SylviaIn der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Stucht, Daniel
Speck, OliverIn der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Thévenin, DominiqueIn der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Janiga, GáborIn der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Erscheinungsdatum: 2021
Art: Artikel
Sprache: Englisch
URN: urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-832812
Schlagwörter: Hemodynamics
CFD
Uncertainty quantification
PC-MRI
LETKF
Zusammenfassung: Purpose The anatomy of the circle ofWillis (CoW), the brain’s main arterial blood supply system, strongly differs between individuals, resulting in highly variable flow fields and intracranial vascularization patterns. To predict subject-specific hemodynamics with high certainty, we propose a data assimilation (DA) approach that merges fully 4D phase-contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) data with a numerical model in the form of computational fluid dynamics (CFD) simulations. Methods To the best of our knowledge, this study is the first to provide a transient state estimate for the three-dimensional velocity field in a subject-specific CoW geometry using DA. High-resolution velocity state estimates are obtained using the local ensemble transform Kalman filter (LETKF). Results Quantitative evaluation shows a considerable reduction (up to 90%) in the uncertainty of the velocity field state estimate after the data assimilation step. Velocity values in vessel areas that are below the resolution of the PC-MRI data (e.g., in posterior communicating arteries) are provided. Furthermore, the uncertainty of the analysis-based wall shear stress distribution is reduced by a factor of 2 for the data assimilation approach when compared to the CFD model alone. Conclusion This study demonstrates the potential of data assimilation to provide detailed information on vascular flow, and to reduce the uncertainty in such estimates by combining various sources of data in a statistically appropriate fashion.
URI: https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/83281
http://dx.doi.org/10.25673/81326
Open-Access: Open-Access-Publikation
Nutzungslizenz: (CC BY-SA 4.0) Creative Commons Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International(CC BY-SA 4.0) Creative Commons Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Sponsor/Geldgeber: Projekt DEAL 2020
Journal Titel: Clinical neuroradiology
Verlag: Urban & Vogel
Verlagsort: München
Band: 31
Heft: 3
Originalveröffentlichung: 10.1007/s00062-020-00959-2
Seitenanfang: 643
Seitenende: 651
Enthalten in den Sammlungen:Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik (OA)

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