مطالعه عددی پارامترهای همودینامیکی پیوند Y بای‌پس در حالت استراحت و ورزش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تربیت مدرس

2 دانشجو - تربیت مدرس

3 استادیار - دانشگاه علوم پزشکی اراک

چکیده

شبیه سازی جریان خون در پیوندهای بای پس می تواند به ارزیابی های پزشکی کمک کند. هدف از این مقاله شبیه سازی عددی جریان خون در پیکربندی Y بای پس به منظور بررسی پارامترهای همودینامیکی پیوند و یافتن تاثیر این نوع پیکربندی روی موج فشار و دبی جریان بیماری با دو گرفتگی 65 و 50 درصد است. دامنه محاسباتی از تصاویر CT برگرفته از قلب انسان ساخته شده است. در این تحقیق خون سیالی هموژن، غیرنیوتونی و جریان خون، ضربانی فرض شده است. برای مدل سازی واقعی موج جریان و فشار در حالت فیزیکی استراحت و ورزش، در خروجی ها از مدل لامپ  استفاده شده است. نتایج نشان می دهد با استفاده از این نوع پیکربندی افت فشار و دبی جریان در حالت ورزش جبران شده است و تنش برشی متوسط زمانی در محل گرفتگی و گستره شاخص برشی نوسانی و زمان اقامت نسبی ذرات در منطقه قبل و بعد از گرفتگی کاهش یافته است. بررسی پیوند Y شکل نشان می دهد در حالت استراحت تنش برشی متوسط زمانی در دو شاخگی رگ پیوندی پایین است و امکان ایجاد گرفتگی مجدد در این ناحیه وجود دارد، اما در حالت ورزش این پارامترها در محدوده ایده ال قرار دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Hemodynamic Parameters of Y-Bypass Graft at Rest and Exercise State

نویسندگان [English]

  • Ghassem Heidarinejad 1
  • hamidreza babakhani 2
  • alireza rostami 3
2 tmu
3 Arak
چکیده [English]

The simulation of blood flow in bypass grafts can help medical evaluation. Numerical simulation of blood flow in Configurations recommended by the surgeon Such as the configurations of Y is the aim of this study in order to predict hemodynamic parameters of this configuration in a patient with double stenosis 65 and 50 percent is examined at rest and during exercise. The computational domain was created from CT images from the human cardiac. In this study, blood is assumed homogeneous, non-Newtonian and pulsatile. For real modeling of flow and blood pressure, lumped model is used in outlet at rest and exercise states.The results indicate using this configuration is compensated the pressure drop and flow and time average wall shear stress has reduced in stenosis region and oscillatory shear index and relative residence time range has reduced in area pre and post-stenosis.Y bypass grafting investigation indicates time average wall shear is low at the bifurcation graft and There is possibility of creating restenosis in these areas, but These parameters are in the ideal range at the exercise state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Blood
  • Non-Newtonian
  • Coronary Artery
  • Configuration
  • Hemodynamic parameter
[1]  Y. Papaharilaou, D. Doorly, S. Sherwin, The influence of out-of-plane geometry on pulsatile flow within a distal end-to-side anastomosis, Journal of biomechanics, 35(9) (2002) 1225-1239.
[2]  M. Naghavi, P. Libby, E. Falk, S.W. Casscells, S. Litovsky, J. Rumberger, J.J. Badimon, C. Stefanadis, P. Moreno, G. Pasterkamp, From vulnerable plaque  to vulnerable patient: a call for new definitions and risk assessment strategies: Part II, circulation, 108(15) (2003) 1772-1778.
[3]    F. Kabinejadian, L.P. Chua, D.N. Ghista, M. Sankaranarayanan, Y.S. Tan, A novel coronary artery bypass graft design of sequential anastomoses, Annals of biomedical engineering, 38(10) (2010) 3135-3150.
[4]   B. Nuntadilok, J. Poulter, P. Boonkrong, B. Wiwatanapataphee, Numerical study of pulsatile blood flow in the coronary system with the RCA bypass graft, Journal of Pure and Applied Mathematics: Advances and Applications, 9(2) (2013) 81-106.
[5] X. Zhao, Y. Liu, L. Ma, W. Wang, J. Xie, A. Qiao, Hemodynamic comparison between normal  graft  and Y-type  graft in coronary artery bypass grafting:  a numerical study using 0D/3D coupling method, Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 15(04) (2015) 1550053.
[6] M. Bonert, J.G. Myers, S. Fremes, J. Williams, C.R. Ethier, A numerical study of blood flow in coronary artery bypass graft side-to-side anastomoses, Annals of Biomedical Engineering, 30(5) (2002) 599-611.
[7]  R. Torii, N.B. Wood, N. Hadjiloizou, A.W. Dowsey, A.R. Wright, A.D. Hughes, J. Davies, D.P. Francis, J. Mayet, G.Z. Yang, Fluid–structure interaction analysis of a patient‐specific right coronary artery with physiological velocity and pressure waveforms, Communications in numerical methods in engineering, 25(5) (2009) 565-580.
[8] J. Chen, X.-Y. Lu, W. Wang, Non-Newtonian effects of blood flow on hemodynamics in distal vascular graft anastomoses, Journal of Biomechanics, 39(11) (2006) 1983-1995.
[9] C.A. Brebbia, Design & nature IV: comparing design in nature with science and engineering, WIT press, 2008.
[10] P. Vasava, P. Jalali, M. Dabagh, P.J. Kolari, Finite element modelling of pulsatile blood flow in idealized model of human aortic arch: study of hypotension and hypertension, Computational and mathematical methods in medicine, 2012 (2012).
[11] M. Catanho, M. Sinha, V. Vijayan, Model of aortic blood flow using the windkessel effect, University of California of San Diago, San Diago, (2012).
[12] J.S. Coogan, J.D. Humphrey, C.A. Figueroa, Computational simulations of hemodynamic changes within thoracic, coronary, and cerebral arteries following early wall remodeling in response to distal aortic coarctation, Biomechanics and modeling in mechanobiology, 12(1) (2013) 79-93.
[13]  G. Heidarinejad, H. Babakhani, A. Rostami, Numerical study of the effect of stenosis on the hemodynamic parameters in branch of LAD coronary using 0D/3D coupling method, Modares Mechanical Engineering, 16(12) (2017) 195-203.
[14]  T.F. Sherman, On connecting large vessels to small. The meaning of Murray's law, The Journal of general physiology, 78(4) (1981) 431-453.
[15]      D. Sengupta, A.M. Kahn, J.C. Burns, S. Sankaran, S.C. Shadden, A.L. Marsden, Image-based modeling of hemodynamics in coronary artery aneurysms caused by Kawasaki disease, Biomechanics and modeling in mechanobiology, 11(6) (2012) 915-932.
[16]  S. Sankaran, M.E. Moghadam, A.M. Kahn, E.E. Tseng, J.M. Guccione, A.L. Marsden, Patient-specific multiscale modeling of blood flow for coronary artery bypass graft surgery, Annals of biomedical engineering, 40(10) (2012) 2228-2242.
[17]  H.J. Kim, Three-dimensional finite element modeling of blood flow in the coronary arteries, Stanford University, 2009.
[18]  K.L. Gould, Does coronary flow trump coronary anatomy?, JACC: Cardiovascular Imaging, 2(8) (2009) 1009-1023.
[19]  A. Mahalingam, U.U. Gawandalkar, G. Kini, A. Buradi, T. Araki, N. Ikeda, A. Nicolaides, J.R. Laird, L. Saba, J.S. Suri, Numerical analysis of the effect of turbulence transition on the hemodynamic parameters in human coronary arteries, Cardiovascular diagnosis and therapy, 6(3) (2016) 208.
[20]  M. Ramezanpour, M. Maerefat, M. Mokhtari-Dizaji, The effects of compliance mismatch on the End to Side bypass graft, Modares Mechanical Engineering, 15(5) (2015) 279-286.
[21]  X. Chen, Y. Gao, B. Lu, X. Jia, L. Zhong, G.S. Kassab, W. Tan, Y. Huo, Hemodynamics in coronary arterial tree of serial stenoses, PLoS One, 11(9) (2016) e0163715.
[22]  A.   Theodorakakos,   M.   Gavaises,  A. Andriotis, Zifan,  P.  Liatsis,  I.  Pantos,  E.   Efstathopoulos, D. Katritsis, Simulation of cardiac motion on non- Newtonian, pulsating flow development in the human left anterior descending coronary artery, Physics in medicine & biology, 53(18) (2008) 4875.
 [23] P.K. Siogkas, M.I. Papafaklis, A.I. Sakellarios, K.A. Stefanou, C.V. Bourantas, L.S. Athanasiou, T.P. Exarchos, K.K. Naka, L.K. Michalis, O. Parodi, Patient-specific simulation of coronary artery pressure measurements: an in vivo three-dimensional validation study in humans, BioMed research international, 2015 (2015).