بررسی اثر گرفتگی رگ بر میزان تنش وارده بر دیواره آن

نوع مقاله: کوتاه پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 ساختمان پزشکان دکتر همدانچی، خیابان خیام شمالی، ارومیه، ایران

چکیده

جریان خون و خون رسانی به بافت­ های گوناگون بدن، در زمره­ی حیاتی ترین فرایندها در بدن موجودهای زنده می ­باشد. سرعت و فشار خون در رگ­ ها افزون بر توانایی پمپاژ قلب، به قطر رگ، انعطاف پذیری، گرفتگی و یا نبود گرفتگی رگ­ها نیز بستگی دارد. بررسی رفتار و چگونگی حرکت سیال درون رگ­ها به طور معمول با استفاده از روش­ های پزشکی انجام می پذیرد.  با این وجود، پیشرفت روش ­های محاسباتی، امکان بررسی پدیده­ های گوناگون از جمله چگونگی حرکت خون در رگ­ ها را میسر می سازد. در این پژوهش، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، یک رگ خونی با دیواره سخت و گرفتگی متقارن مورد بررسی قرار گرفته است. معادل ه­های حاکم بر سرعت حرکت خون، تنش ­های وارده بر دیواره رگ و چگونگی عبور گلبول­های قرمز در دو حالت عادی و با حضور لخته مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه­های شبیه­ سازی نشان می­ دهد که حضور لخته در خون، به شدت سرعت، فشار و تنش را به­ ویژه در محل گرفتگی افزایش می دهد که این امر می تواند منجر به آسیب دیدن یا پارگی رگ در محل گرفتگی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] LaDisa Jr. J.F., Guler I., Olson L.E., Hettrick D.A., Kersten J.R., Warltier D.C., Pagel P.S., Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics Modeling of Alterations in Coronary Wall Shear Stress Produced by Stent Implantation, Ann. Biomed. Engrg., 31(8): 972-980 (2003).

[2] Song X., Throckmorton A.L., Wood H.G., Allaire P.E., Olsen D.B., Transient and Quasi-Steady Computational Fluid Dynamics Study of a Left Ventricular Assist Device, Asaio J., 50(5): 410-417 (2004).

[3] Stuhne G.R., Steinman D.A., Finite-Element Modeling of the Hemodynamics of Stented Aneurysms, Trans. ASME J. Biomech. Engrg., 126(3): 382–387 (2004).

[4] de Leval M.R., Dubini G., Migliavacca F., Jalali H., Camporini G., Redington A., Pietrabissa R., Use of Computational Fluid Dynamics in the Design of Surgical Procedures: Application to the Study of Competitive Flows in Cavo-Pulmonary Connections, J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 111(3): 502– 513(1996).

[5] Lagana K., Dubini G., Migliavacca F., Pietrabissa R., Pennati G., Veneziani A., Quarteroni A., Multiscale Modelling as a Tool to Prescribe Realistic Boundary Conditions for the Study of Surgical Procedures, Biorheology, 39 (3–4): 359–364 (2002).

[6] Migliavacca F., Kilner P.J., Pennati G., Dubini G., Pietrabissa R., Fumero R., de Leval M.R., Computational Fluid Dynamic and Magnetic Resonance Analyses of Flow Distribution between the Lungs After Total Cavopulmonary Connection, IEEE Trans. Biomed. Engrg., 46(4): 393–399 (1999).

[7] Taylor C.A., Draney M.T., Ku J.P., Parker D., Steele B.N., Wang K., Zarins C.K., Predictive Mmedicine: Computational Techniques in Therapeutic Decision-Making, Comput. Aided Surg., 4(5): 231–247 (1999).

[8] Perktold K., Resch M., Peter R.O., Three-Dimensional Numerical Analysis of Pulsatile Flow and Wall Shear Stress in the Carotid Artery Bifurcation, J. Biomech., 24 (6): 409–420 (1991).

 [9] Steinman D.A., Image-Based Computational Fluid Dynamics Modeling in Realistic Arterial Geometries, Ann. Biomed. Engrg., 30(4): 483–497 (2002).

[10] Taylor C.A., Hughes T.J.R., Zarins C.K., Finite Element Modeling of Three-Dimensional Pulsatile Flow in the Abdominal Aorta: Relevance to Atherosclerosis, Ann. Biomed. Engrg., 26(6): 1–14 (1998).

[11] Taylor C.A., Hughes T.J.R., Zarins C.K., Finite Element Modeling of Blood Flow in Arteries, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 158: 155– 196 (1998).

[12] Oshima M., Torii R., Kobayashi T., Taniguchi N., Takagi K., Finite Element Simulation of Blood Flow in the Cerebral Artery, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 191 (6–7): 661–671(2001).

[13] Cebral J.R., Castro M.A., Soto O., Lohner R., Alperin N., Blood-Flow Models of the Circle of Willis From Magnetic Resonance Data, J. Engrg. Math., 47(3-4): 369–386 (2003).

[14] Shojima M., Oshima M., Takagi K., Torii R., Hayakawa M., Katada K., Morita A., Kirino T., Magnitude and Role of Wall Shear Stress on Cerebral Aneurysm – Computational Fluid Dynamic study of 20 Middle Cerebral Artery Aneurysms, Stroke, 35 (11): 2500–2505 (2004).

[15] Salmon S., Thiriet M., Gerbeau J.F., Medical Image-Based Computational Model of Pulsatile Flow in Saccular Aneurisms, Math. Modell. Numer. Anal., 37(4): 663–679 (2003).

[16] Zhou H., Sun P., Ha S., Lundine D., Xiong G., Watertight Modeling and Segmentation of Bifurcated Coronary Arteries for Blood Flow Simulation Using CT Imaging, Computerized Med. Imaging Graphics, 53: 43-53 (2016).

[17] Balogh P., Bagchi P., A Computational Approach to Modeling Cellular-Scale Blood Flow in Complex Geometry, J. Computational Physics, 334: 280-307 (2017).

[18] Audebert C., Bucur P., Mohamed Bekheit, Eric Vibert, Irene E. Vignon-Clementel, Jean-Frédéric Gerbeau, Kinetic Scheme for Arterial and Venous Blood Flow, and Application
to Partial Hepatectomy Modeling
, Computer Meth. Appl. Mech. Eng., 314: 102-125 (2017).

[19] احمدلوی داراب، م.؛ قالیچی، ف.؛ رمضانی، ا.؛ اثرهای شکل هندسی بای پس کرونری ـ کرونری بر روی رژیم­های جریان خون در نواحی انشعاب، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 29: 101-109 (1389).

[20] Perktold K., Rappitsch G., Computer Simulation of Local Blood Flow and Vessel Mechanics in a Compliant Carotid Artery Bifurcation Model, J. Biomech., 28(7): 845–856 (1995).

[21] Formaggia L., Gerbeau J.F., Nobile F., Quarteroni A., On the Coupling of 3D and 1D Navier–Stokes Equations for Flow Problems in Compliant Vessels, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 191(6/7): 561–582 (2001).

[22] Vignon-Clementel I.E., Figueroa C.A., Jansen K.E., Taylor C.A., Outflow Boundary Conditions for Three-Dimensional Finite Element Modeling of Blood Flow and Pressure in Arteries, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 195: 3776–3796 (2006).

[23] Riahi D.N., Modeling unsteady Two-Phase Blood Flow in Catheterized Elastic Artery with Stenosis, Eng. Sci. Tech., I. J., 19: 1233-1243 ( 2016).

[24] Lia M.X., Beech-Brandt J.J., John L.R., Hoskins P.R., Easson W.J., Numerical Analysis of Pulsatile Blood Flow and Vessel Wall Mechanics in Different Degrees of Stenosis, Journal of Biomechanics, 40: 3715-3724 (2007).

[25] Eric Li, G.R. Liu, George X.Xu, Vincent Tan, Z.C. He, Numerical Modeling and Simulation of Pulsatile Blood Flow in Rigid Vessel Using Gradient Smoothing Method, Engineering Analysis with Boundary Elements, 36: 322–334 (2012).

[26]  زهروی، ا.  مدل­سازی جریان خون در رگ­ها، بخش اول: دستگاه قلبی و عروقی، گروه دینامیک سیالات محاسباتی دانشگاه صنعتی اصفهان، http://CFD.iut.ac.ir

[27] Farsaci F., Tellone E.r, Russo A., Galtieri A., Ficarra S., Rheological Properties of Human Blood in the Network of Non-Equilibrium Thermodynamic with Internal Variables by Means of Ultrasound Wave Perturbation, Journal of Molecular Liquids, 231: 206-212 ( 2017).

[28] Figueroa C.A., Vignon-Clementel I.E., Jansen K.E., Hughes T.J.R., Taylor C.A., A Coupled Momentum Method for Modeling Blood Flow in Three-Dimensional Deformable Arteries, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 195: 5685–5706 (2006).

[29] Dzwinel W., Boryczko K., Yuen D.A., A Discrete-Particle model of Blood Dynamics in Capillary Vessels, Journal of Colloid and Interface Science, 258: 163–173 (2003).