Multiparametric topological analysis of reconstructed rat brain arterial system

Abstract

All metabolic processes in living tissues are provided by the vascular system, whose functionality largely depends on its structure and topology. The paper proposes an algorithm for constructing the circulatory system based on a combination of stochastic and deterministic approaches. Analyses of the topological characteristics of arterial tree models with different values of the bifurcation exponent (γ) and length coefficient (λ) show that the maximum agreement with experimental data can be achieved only with the optimal values of both parameters (3.0 and 0.90, respectively). Application of the multiparametric optimization in conjunction with topological analysis makes it possible to quantify the biological division of the distributing and delivering vessels of a tree with a high degree of branching. The proposed approach allows both the correct spatial localization of the main arteries and the complex topology of the complete arterial system down to the capillaries to be reproduced.

Estimation of Oxygen and Glucose Concentration Distribution in the Rat Brain Arterial System

“…При этом артериальные деревья с γ = 3.0 обеспечивают необходимый суммарный объём артериальной крови, а величина локального объёма ткани, снабжаемой единичной бифуркацией, соответствуют экспериментальным данным [22]. В свою очередь, при оптимальном значении показателя затухания длины ветви (λ =0.90) артериальное дерево покрывает значительные области мозга, и минимальное расстояние между сосудами соответствует экспериментальным данным [23].…”