Progetto di un sistema software modulare per la simulazione fluidodinamica della circolazione coronarica basata su modelli 0D e 3D

The obstruction of a coronary artery can be the cause of a heart attack. The coronary disease is one of the main cause of death. This study aims to provide a modular software for simulating fluid-dynamics of coronary circulation based on 0D and 3D models. A lumped parameter model based in hydraulic/electric analogy is proposed. The lumped parameter model (0D) provides quantitative estimations of blood flow through systemic and pulmonary circuits, the heart and, the coronary tree with more details. The 0D model is developed by the programming language Modelica, in particular the open source tool OpenModelica is used. A CFD model (3D) of a coronary artery is proposed in two cases: physiological and stenotic. The fluid-dynamic model is computed by the open source tool OpenFOAM. The software CoSimO (Coronary Simulation Organizer) has been developed to allow the simulation of the coupled models 0D and 3D in order to make modular the coupling of the two models realized by the above mentioned tools. This modular approach allows the reuse of both cardiovascular (0D) and 3D models.

L'ostruzione di un'arteria coronaria può essere all'origine di un attacco di cuore. Le coronaropatie rappresentano una delle principali cause di morte. Il presente studio ha come scopo la realizzazione di un software modulare per la simulazione fluidodinamica della circolazione coronarica basata su modelli 0D e 3D. Viene proposto un modello a parametri concentrati basato sull'analogia idraulico/elettrica. Il modello a parametri concentrati (0D) fornisce stime quantitative del flusso sanguigno nel sistema circolatorio sistemico, sistema circolatorio polmonare, il muscolo cardiaco e, con maggiore dettaglio, l'albero coronarico. Il modello 0D è realizzato attraverso il linguaggio di programmazione Modelica, in particolare viene utilizzato il tool open source OpenModelica. Viene proposto un modello CFD (3D) di un vaso coronarico per i casi fisiologico e stenotico. Il modello fluidodinamico è risolto attraverso l'utilizzo del tool open source OpenFOAM. E' stato realizzato un software CoSimO (Coronary Simulation Organizer). CoSimO è in grado di gestire la simulazione accoppiata dei modelli 0D e 3D in modo da rendere modulare l'accoppiamento dei due modelli costruiti separatamente con i pacchetti opensuorce sopra citati. Questo approccio modulare permette il riutilizzo sia dei blocchi costituenti il sistema cardiovascolare (0D) sia del modello 3D.