Predictive models for pressure-driven fluid infusions into brain parenchyma

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作者
Raghu Raghavan,Martin Brady
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:56 (19): 6179-6204 被引量:48
标识
DOI:10.1088/0031-9155/56/19/003
摘要

Direct infusions into brain parenchyma of biological therapeutics for serious brain diseases have been, and are being, considered. However, individual brains, as well as distinct cytoarchitectural regions within brains, vary in their response to fluid flow and pressure. Further, the tissue responds dynamically to these stimuli, requiring a nonlinear treatment of equations that would describe fluid flow and drug transport in brain. We here report in detail on an individual-specific model and a comparison of its prediction with simulations for living porcine brains. Two critical features we introduced into our model-absent from previous ones, but requirements for any useful simulation-are the infusion-induced interstitial expansion and the backflow. These are significant determinants of the flow. Another feature of our treatment is the use of cross-property relations to obtain individual-specific parameters that are coefficients in the equations. The quantitative results are at least encouraging, showing a high fraction of overlap between the computed and measured volumes of distribution of a tracer molecule and are potentially clinically useful. Several improvements are called for; principally a treatment of the interstitial expansion more fundamentally based on poroelasticity and a better delineation of the diffusion tensor of a particle confined to the interstitial spaces.
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