شبیه‌سازی پدیده ترومبوآمبولی در دوشاخگی شریان کاروتید با استفاده از روش برهم‌کنش سیال و جامد: نقش زاویه دوشاخگی بر همودینامیک شریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استادیار گروه مهندسی علوم زیستی دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران

3 دانشیار دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

با وجود اهمیت زیادی که پدیده ترومبوآمبولیسم به عنوان عامل اصلی سکته مغزی دارد تاکنون اطلاعات اندکی در مورد عوامل همودینامیکی‌ای که در مسیر حرکت آن موثر هستند به‌دست آمده است راستای. در بررسی اثر آمبولی در انسداد و یا انتقال آمبولی، در تحقیق حاضر یک مدل عددی ارائه شده که در آن حرکت یک توده لخته خون با هندسه ایده‌آل کروی در دوشاخگی شریان کاروتید انسان بررسی شده است. زاویه دوشاخگی به عنوان یک متغیر در نظر گرفته شده‌ و اثرات آن در همودینامیک شریان مطالعه شده است. برای مدلسازی توده لخته خون از یک مدل الاستیک خطی بهره گرفته شده است. تنش برشی در توده لخته خون در حالتی که با دیواره شریان برخورد می‌نماید مورد مطالعه قرار گرفته است. برخورد توده لخته با دیواره شریان، تنش برشی را در توده لخته افزایش داده و خطر واپاشی را در آن افزایش می‌دهد. نیروهای وارد بر توده لخته در طول حرکت، به دست آمده و نقش آنها در تعیین مسیر توده لخته بررسی شده‌اند. در طول حرکت، گردابه‌هایی در مجاورت دیواره شریان به وجود می‌آیند که باعث افت موضعی مقادیر تنش برشی می‌شوند. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A FSI Simulation of Thromboembolism in Carotid Artery Bifurcation: Roles of Bifurcation Dividing Angle on Arterial Hemodynamics

نویسندگان [English]

  • Ehsan Abolfazli 1
  • Bahman Vahidi 2
  • Naser Fatoraei 3
چکیده [English]

Although embolism is important as a major cause of brain infarction, little information is available about the hemodynamic factors governing the path large emboli tend to follow. In this research, we simulated embolus movement in three carotid artery bifurcations, each of them having different dividing angles. Y-shaped geometries were investigated. The governing equations for blood flow are the Navier-Stokes formulations. In this paper, the phenomenon was modeled under laminar and Newtonian flow conditions. The measured stress-strain curve obtained from Ultrasound elasticity imaging of thrombus was set to the Sussman-Bathe material model for embolus material properties. Shear stresses in the inner wall of the internal carotid artery (ICA) were measured. High magnitude of wall shear stress (WSS) in the areas in which embolus and artery are in contact with each other was observed. Stress in the embolus was also calculated and areas prone to rapture were identified.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thromboembolism
  • Carotid Artery Bifurcation
  • finite element method
  • Fluid-Structure Interaction

مراجع

[1] وحیدی،بهمن،فتورائی، ناصر، " تحلیل عددی انسداد کامل شریان کاروتید معمولی انسان در اثر پدیده ترومبوآمبولی شریانی با ارایه یک مدل اجزای محدود تماسی|، مجله مهندسی پزشکی زیستی، دوره دوم، شماره چهارم، 296-285
[2] Bluestein D.; Niu L., Schoephoerster R. T.; Dewanjee M. K.; “Fluid mechanics of arterial stenosis: relationship to the development of mural thrombus”; Ann. Biomed. Eng., No. 25, pp. 344–56, 1997.
[3] Bushi, D.; Grad, Y.; Einav, S.; Yodfat, O.; Nishri, B.; Tanne, D.; “Hemodynamic Evaluation of Embolic Trajectory in an Arterial Bifurcation: An In-Vitro Experimental Model”. Stroke Journal of American Heart Association, pp. 2696-2700, 2005.
[4] Caro, C.G.; Fitz-Gerald, JM.; Schroter, RC.; “Observation, correlation and proposal of a shear dependent mass transfer mechanism for atherogenesis” , Proc Roy Soc Lond 1971, B177: 109-159.
[5] Chung, E.; Hague, J.; Chanrion, M.; Ramnarine, K.; Katsogridakis, E.; Evans, D.; “Embolus Trajectory through a Physical Replica of the Major Cerebral Arteries”, Stroke Journal of American Heart Association, No. 41, pp. 647-652, 2010.
[6] Fry, D.L.; “Acute Vascular Endothelial Changes Associated with Increased Blood Velocity Gradients”, Circ. Res., No. 22, pp. 165-197, 1968.
[7] Guyton C. and Hall J. E.; Medical physiology, 11th edition, Elsevier Saunders, 2006
[8] Haga, J.; Beaudoin, A.; White, J.; “Quantification of the passive mechanical properties of resting platelet”, Ann. Biomed. Eng., No. 26, pp. 268-277.
[9] Perktold, K.; Peter, P.O.; Resch, M.; Langs, G.; “Pulsatile non-Newtonian blood flow in three-dimensional carotid bifurcation models: a numerical study of flow phenomena under different bifurcation angles”, J Biomed. Eng., No. 13, pp. 507-515, 1991.
[10] Radmacher, M.; “Measuring the viscoelastic properties of human platelets with an atomic force microscope” J. Biophysical., No. 70, pp. 556-570, 1996.
[11] Vahidi, B.; Fatouraee, N.; “Large deforming buoyant embolus passing through a stenotic common carotid artery: a computational simulation”, Journal of Biomechanics, Revised, 2011.
[12] Weydahl, E.; Moore, J.E.; “Dynamic curvature strongly affects wall shear rates in a coronary artery bifurcation model”, Journal of Biomechanics, No. 34, pp. 1189–1196, 2001.
[13] Xie, H.; Kim, k.; Aglyamov, S.R.; Emelianov, S.Y.; O’Donnel, M.; Wietzel, W.f.; Wrobleski, S.K.; Myers, D.D.; Wakfield, T.W.; Rubin, J.M.;“Correspondence of ultrasound elasticity imaging to direct mechanical measurement in aging DVT in rats”Ultrasound in Med. & Biol., Vol. 31, No. 10, pp. 1351–1359, 2005.
[14] Zarins, C. K.; Zatina, M. A.; Giddens, D. P.; Ku, D. N.; Glagov, S.; “Shear stress regulation of artery lumen diameter in experimental atherogenesis”, Journal of Vascular Surgery, vol. 5, no. 3, pp. 413–420. Mar, 1987.
[15] Brown, C.H.; Leverett, L.B.; “Morphological, biochemical and functional changes in human platelets subjected to shear stress.” Journal of Laboratory and Clinical Medicine, Vol. 86, pp. 462, Sep. 1975.
[16] Hung, T.C.; Hochmuth, R.M.; “Shear induced aggregation and lysis of platelets.” Transactions-American Society for Artificial Internal Organs, Vol. 22, pp. 285, 1976.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار