Modelli CFD del microcircolo epatico murino da immagini microscopiche in vivo

The vascular network characterizing the functional unit of the liver, the lobule, presents a highly complex morphology:it is composed of a series of tortuous capillaries, the sinusoids, which show a radial disposition between the inlet and the outlet of the hematic flux. The morphological structure corresponds to a fluid dynamic complexity of difficult investigation. A digital elaboration method involving nonlinear filters has been developed to obtain a complete three-dimensional reconstruction of the hepatic microvascular network, starting from in vivo microscopic images of murine liver to derive a computational model for CFD analysis. Particular care was taken to boundary conditions: a mathematical model was developed starting from literature data in order to set the outlet pressure levels: it assigns a pressure value to each outlet given by the difference between the inlet pressure and two ∆P contributions depending on the radial and axial coordinates of the considered surface center respect to the inlet surface center. Vasa septa contributions was also taken into account. The model proposed simulates the hematic flux in the hepatic microcirculation in physiological conditions. The values of the principal fluid dynamic quantities of interest are in good agreement with literature data set coming from studies carried out with different methods. This work provides hence an automatized method to reconstruct the liver microvasculature architecture in order to derive highly complex CFD models which allow a more deepened and likely investigation of hepatic microcirculation fluid dynamics.

La rete vascolare che caratterizza l’unità funzionale del fegato, il lobulo, presenta una morfologia altamente complessa costituita da una serie di capillari a decorso tortuoso, i sinusoidi, aventi disposizione radiale tra l’ingresso e l’uscita del flusso ematico. La complessità morfologica si traduce i una complessità fluidodinamica di difficile investigazione. Tramite immagini microscopiche acquisite in vivo da fegato di topo si è sviluppato un metodo di elaborazione digitale a filtri nonlineari per ottenere una ricostruzione tridimensionale completa della rete microvascolare epatica da cui trarre un modello computazionale da impiegare per analisi CFD. Particolare attenzione è stata dedicata alle condizioni al contorno: per l’imposizione dei livelli pressori in uscita è stato realizzato un modello matematico a partire che assegna a ciascun outlet un valore di pressione dato dalla pressione in ingresso defalcata di due ∆P dipendenti dalla coordinata assiale e radiale del centro della superficie considerata rispetto al centro dell’inlet. Sono stati inoltre tenuti in considerazione i contributi dei vasa septa. Il modello proposto simula il flusso ematico all'interno del microcircolo epatico in condizioni fisiologiche. I valori delle principali grandezze fluidodinamiche di interesse risultano consistenti con i dati disponibili in letteratura e provenienti da studi condotti con metodologie differenti. Questo lavoro fornisce dunque un metodo automatizzato per la ricostruzione dell’architettura microvascolare del fegato da cui trarre modelli CFD altamente complessi che consentono una più approfondita e verosimile investigazione della fluidodinamica del microcircolo epatico.