22094

شبيه سازي و تحليل برهمكنش سيال - جامد (FSI) جريان خون در سرخرگ كاروتيد

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

1399

1399/3/13

دكتر مجيد سياوشي

دكتر برهان بيگ زاده

مكانيك

در كشورهاي در حال توسعه، بيماري هاي قلبي - عروقي و سكته مغزي به ترتيب اولين و دومين علت هاي اصلي مرگ و مير در ميان زنان و مردان بزرگسال به شمار مي روند. ازآنجايي كه اين پديده نامطلوب گريبان-گير تمام جوامع بشري و كشور ايران نيز هست، در دهه هاي اخير تحقيقات متعددي جهت شناخت و درك بهتر آناليز جريان خون در عروق (بخصوص سرخرگ¬ها و انشعابات سرخرگي) انجام شده است. در مطالعه حاضر، برهمكنش جريان ضرباني خون در شريان كاروتيد با شدت تنگي هاي مختلف و براي نرخ پالس هاي مختلف به صورت عددي مورد بررسي قرار مي گيرد. براي مدل سازي سيال خون غيرنيوتوني و شريان هايپرالاستيك به ترتيب ازمدل غيرنيوتوني Carreau-Yasuda و مدل هايپرالاستيكmodified Mooney-Rivin استفاده مي شود. با استفاده از روش برهمكنش سيال - جامد و روش اويلري - لاگرانژي دلخواه در نرم افزار كامسول و با به كارگيري روش المان محدود، تاثير شدت تنگي هاي مختلف، تاثير نرخ پالس هاي مختلف، تاثير خواص ديواره شريان و تاثير افزايش ويسكوزيته خون بر پروفيل سرعت محوري، توزيع فشار، جابجايي شعاعي ديواره و تنش برشي ديواره مورد بررسي قرار مي گيرد. با مقايسه ماكزيمم تنش هاي برشي با تنش برشي آستانه بيان شده توسط لورت وهمكاران وي مشخص شد كه در شدت تنگي هاي 25% و 50% و براي هر سه نرخ پالس آسيب نسبتا كمي به گلبول هاي قرمز خون وارد مي شود ولي در شدت تنگي 75% و براي هرسه نرخ پالس بدليل بالابودن ماكزيمم تنش هاي برشي از تنش برشي آستانه، مقدار زيادي هموليز رخ مي دهد. علاوه براين با پيشرفت بيماري آترواسكلروز (افزايش مدول الاستيك شريان) مشخص شد كه حداكثر تنش برشي ديواره در نرخ پالس 60 bpm و شدت تنگي 75% ، حدود 65% افزايش پيدا مي كند. همچنين نشان داده شد كه استفاده از مدل هايپرالاستيك براي ديواره شريان منجر به ايجاد مقدار سرعت محوري پايين تر، مقدار فشار جريان خون پايين تر، مقدار جابجايي شعاعي بالاتر و مقدار تنش هاي برشي پايين تري مي شود.

1399/04/03

Simulation and analysis of fluid-solid interaction (FSI) blood flow in a carotid artery

6/3/2021 12:00:00 AM

In the present study, the interaction of pulsatile blood flow in the carotid artery with different severities of stenosis and for different pulse rates is examined numerically. For modeling non-Newtonian blood fluid and hyperelastic arterial wall, Carreau-Yasuda non-Newtonian model and modified Mooney-Rivin hyperplastic model are used, respectively. Using the fluid-structure interaction method and the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method in COMSOL Multiphysics software and using the finite element method, the effect of different severities of stenosis, the effect of different pulse rate, the effect of arterial wall properties and the effect of increased blood viscosity are examined. The results showed, with stenosis severity increasing from 25% to 75% in the pulse rate of 60 bpm and at the time of maximum flow rate, the maximum value of axial velocity and maximum wall shear stress increased 8.21 and 37.12 times, respectively. In addition, with pulse rate increasing from 60 bpm to 108 bpm and in the severe stenosis of 75%, its maximum wall shear stress increases 2.08 times. By Comparing the maximum wall shear stresses with the threshold shear stress expressed by Leverett et al, it was found that in stenosis severity of 25% and 50% and for all three pulse rates, relatively little damage is done to red blood cells, but in the severe stenosis of 75% and for all three pulse rates, due to the fact that the maximum shear stresses of the threshold shear stress are higher, a large amount of hemolysis occurs. In addition, with the progression of atherosclerosis (elastic modulus increasing from 500 kPa to 2 MPa), it was found that the maximum value of wall shear stress at pulse rate of 60 bpm and in the severe stenosis of 75% increased by about 65.02%. It has also been shown that the use of hyperelastic models for the arterial wall leads to lower axial velocity, lower blood pressure, higher radial displacement, and lower shear stresses. The results also showed that with increasing blood viscosity, blood pressure and, consequently, wall radial displacement increased, and the maximum value of wall shear stress increased by about 14.17%.