20415

۲۰۴۱۵

مدلسازي مكاني زماني بالون خارج آئورتي و شبيه سازي عملكرد دستگاه به منظور شبيه سازي پارامترهاي هموديناميكي

كارشناسي ارشد

بيومكانيك

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۱/۱۷

دكتر مهدي نويد بخش

مكانيك

امروزه بيماري هاي قلبي عروقي به علت فراگير بودن، معضل مهمي براي جوامع بشري به شمار مي آيند. پيشرفت دستگاه هاي كمك قلبي به بهبود شرايط افراد مبتلا به اين بيماري ها كمك بزرگي كرده است. بالون هاي خارج آئورتي به دليل عدم تماس با ياخته هاي خوني، باعث كاهش اثرات جانبي ناشي از استفاده آن¬ها در بيماران شده است. در اين پژوهش مدل بالون خارج آئورتي به وسيله توابع مكاني زماني ارائه شده است. مدل بالون خارج آئورتي ارائه شده با الهام از ايده پمپ هاي پريستالتيك، داراي سه قسمت جداگانه با زمان بندي متفاوت مي باشد. در راستاي بررسي تاثير بالون خارج آئورتي بر پارامتر هاي هموديناميكي از شبيه سازي كامپيوتري تحليل تعامل سيال جامد در نرم افزار COMSOL استفاده شده است. براي مدل سازي ديواره رگ با مدل الاستيك خطي، از مدول يانگ فيبرهاي كلاژن استفاده شده است. به منظور بررسي عملكرد بالون خارج آئورتي سه قسمتي، چهار حالت براي مدت زمان فعاليت هر قسمت در سيكل قلبي ارائه شده است. اين حالت ها با مدل پمپ پريستالتيك و حالت بدون پمپ مقايسه شده است. استفاده از مدل الاستيك خطي براي در نظر گرفتن فيبرهاي كلاژن، باعث كاهش هزينه هاي محاسباتي و همگرايي شبيه سازي مي شود. در نظر گرفتن مدول يانگ فيبرهاي كلاژن، به دليل محدوده فشار كاري بالون باعث كاهش خطاي مدل ارائه شده مي شود. نتايج هموديناميك به دست آمده براي 4 حالت مختلف نشان مي دهد كه برون ده قلبي در بيشترين 25/2% و در كم ترين 55/0%، در مقايسه با حالت بدون پمپ افزايش مي يابد. اين ميزان در پمپ پريستالتيك 78/0% مي باشد. اين نتايج نشان مي دهد كه زمان بندي فعاليت هر قسمت در بالون خارج آئورتي سه قسمتي براي جلوگيري از جريان برگشتي حائز اهميت مي باشد و در دو حالت از چهار حالت شبيه سازي شده جريان برگشتي وجود دارد.

1398/02/14

Spatio temporal modeling of an extra-aortic balloon and simulation of device performance in order to simulate hemodynamic parameters

2/6/2020 12:00:00 AM

Nowadays, cardiovascular diseases have become a major dilemma for human societies due to their prevalence. The advancements in the heart assisting devices have considerably helped to improve the quality of life of the patients with such diseases. Among these, extra-aortic balloons, due to their lack of contact with the blood cells, reduce the side effects of their use in patients. In this study, a computer modeling and simulation approach based on the finite element method is used to study the effect of extra-aortic balloons on the hemodynamics of the cardiovascular system. A 2D axisymmetric modeling is analyzed in COMSOL 5.3a program. Inspired by the idea of peristaltic pumps, a model for a three-segmented extra-aortic balloon with spatio-temporal functions is presented. Four different modes are considered for timing the on/off state of each balloon. A fluid solid interaction analysis is used to simulate the effect of the device on the blood hemodynamics. By considering the collagen fibers, the elastic modulus increases 4 times the usual elastic modulus of the arterial wall. Such a hypothesis is necessary due to the size of the force exerted from the aortic balloon to the arterial wall which activates the collagen fibers. The hemodynamic results obtained from 4 different modes indicate that the cardiac output increases 2.25% at best and 0.55% at worst. Also, the results show that the 3-segmented extra-aortic balloon creates vortex in the artery except in one mode.