30477

شبيه سازي جريان خون در مدل سه بعدي آنوريسم آئورت با استفاده از روش آناليز عددي ديناميك سيالات

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي بيومكانيك

1399

1402/8/30

مهدي نويدبخش

شاهرخ رحماني

مكانيك

آنوريسم آئورت به دليل خطر پارگي آئورت يك بيماري تهديد كننده زندگي است. آنوريسم آئورت غالباً با تصلب شرايين و عوامل خطرزاي قلبي عروقي از جمله فشار خون بالا، ديس ليپيدمي، ژنتيك، مصرف سيگار، سن و جنسيت همراه است. تشكيل آنوريسم آئورت با تخريب بافت ديواره آئورت مرتبط است كه منجر به تغييرات در خواص مكانيكي بافت و به ويژه افزايش تنش ديواره و يا كاهش قدرت نهايي ديواره مي‌شود. امروزه تصميم براي عمل جراحي معمولا بر‌اساس قطر آنوريسم مي‌باشد. هدف از اين مطالعه طراحي، مدلسازي و شبيه‌سازي آنوريسم آئورت صعودي، با استفاده از نتايج استخراج شده از دستگاه تست كشش مكانيكي سنتام STM20در آزمايشگاه خواص مكانيكي، كه بر روي نمونه‌هاي جدا شده از ديواره آئورت بيمار مبتلا به آنوريسم آئورت صعودي گرفته شده است، مي‌باشد. نمونه‌ها از بيماراني گرفته شده كه دليل مشخصي براي ابتلا به آنوريسم نداشتند. بنابراين باتوجه به نتايج صورت تجربي استخراج شده، مدول الاستيسيته حالت آنوريسم آئورت صعودي برابر با 11/2 مگاپاسكال در نظر گرفته شده است. مدول الاستيسيته آئورت صعودي سالم نيز با بررسي خواص بيومكانيكي آئورت از طريق تصاوير سي‌تي‌آنژيو و مراجع و مقالاتي كه در اختيار داشتيم برابر با 3/7 مگاپاسكال در نظر گرفته شده است. سپس با استفاده از نتايج تجربي به روش آناليز عددي ديناميك سيالات محساباتي، شبيه‌سازي سه بعدي آئورت صعودي و آنوريسم ‌آئورت صعودي در نرم‌افزار‌ انسيس بصورت اندركنش سيال و جامد ايجاد شده است. پس از ايجاد تعامل بين سيال و جامد در نرم افزار، نتايج نهايي تنش برآيند فون‌ميسز، كرنش برآيند، تنش برشي، تغييرشكل، فشار و سرعت جريان در آئورت صعودي و آنوريسم ‌آئورت صعودي، در دو زمان 25/0ثانيه (ماكزيمم دبي جريان) و 8/0ثانيه (پايان سيكل قلبي) بررسي و مقايسه شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه تنش برآيند فون ميسز براي آنوريسم آئورت در زمان ماكزيمم دبي جريان، برابر با 11795 پاسكال بوده كه در واقع 37/2 برابر بيشتر از آئورت سالم در همين زمان مي باشد. همچنين مشاهده شده است كه تغييرشكل برآيند براي آنوريسم آئورت در زمان ماكزيمم دبي جريان 47/4 برابر بيشتر از آئورت سالم در همين زمان مي‌باشد. از بررسي نتايج توزيع سرعت جريان نيز مشاهده شده است كه ماكزيمم سرعت جريان، در حالت آنوريسم براي زمان‌هاي پيك و پايان سيكل ضربان قلبي، به ترتيب 7/51 و 1/83 درصد نسبت به حالت سالم كاهش يافته است.

1402/11/28

Simulation of blood flow in the three-dimensional model of aortic aneurysm using numerical analysis of fluid dynamics

11/20/2024 12:00:00 AM

Aortic aneurysm is a life-threatening disease due to the risk of aortic rupture. Aortic aneurysm is often associated with atherosclerosis and cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidemia, genetics, smoking, age and gender. The formation of aortic aneurysm is related to the destruction of the aortic wall tissue, which leads to changes in the mechanical properties of the tissue, especially increasing the wall tension or reducing the final strength of the wall. Today, the decision for surgery is usually based on the diameter of the aneurysm. The purpose of this study is to design, model and simulate the ascending aortic aneurysm, using the results extracted from the Centam STM20 mechanical tensile test device in the mechanical properties laboratory, which was taken on the samples isolated from the aortic wall of a patient with ascending aortic aneurysm. . The samples were taken from patients who did not have a specific reason for having an aneurysm. Therefore, according to the extracted experimental results, the modulus of elasticity of ascending aortic aneurysm is considered equal to 2.11 MPa. The modulus of elasticity of the healthy ascending aorta is considered equal to 7.3 MPa by examining the biomechanical properties of the aorta through CT-angio images and the references and articles we had. Then, using the experimental results using the computational fluid dynamics numerical analysis method, a three-dimensional simulation of the ascending aorta and ascending aortic aneurysm was created in Ensys software as a fluid-solid interaction. After creating the interaction between fluid and solid in the software, the final results of von Mises resultant stress, resultant strain, shear stress, deformation, pressure and flow velocity in the ascending aorta and ascending aortic aneurysm, in two times of 0.25 seconds (maximum flow rate) and 0.8 seconds (end of cardiac cycle) has been investigated and compared. The results show that the resulting von Mises stress for aortic aneurysm at the time of maximum flow rate was equal to 11795 pascals, which is actually 2.37 times higher than the healthy aorta at the same time. It has also been observed that the deformation of the outcome for aortic aneurysm at the time of maximum flow rate is 4.47 times higher than that of healthy aorta at the same time. From the analysis of the flow velocity distribution results, it has been observed that the maximum flow velocity, in the aneurysm state, has decreased by 51.7% and 83.1% compared to the healthy state for the peak and end times of the heart rate cycle, respectively.

آئورت , آنوريسم , ديناميك سيالات محاسباتي , جريان خون , حل عددي

aneurysm , aorta , blood flow , numerical solution , computational fluid dynamics

elaheh javdani mallak

mehdi navidbakhsh