پیش بینی همودینامیک جریان خون در دریچه سالم و بیمار آئورت به روش تعامل سیال و جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

گرفتگی دریچه آئورت به دلیل باریک شدن سطح اریفیس دریچه ایجاد می­شود، که با ته­نشین شدن کلسیم بر روی لت­ها توصیف می­شود. با پیشرفت گرفتگی دریچه­ی آئورت، پارامترهای همودینامیکی، عملکرد مکانیکی و جریان خون عبوری از دریچه تغییر می­کند. این مطالعه، مقایسه­ی دو مدل جدید تقابل سیال- جامد دریچه­ی آئورت سالم و دریچه باگرفتگی در طی چرخه­ی کامل قلبی با نرم افزار تجاری اجزای محدود  ADINA ارائه می­دهد. به دلیل سخت شدن دریچه­ی آئورت کلسیمی شده، نتایج این مدلسازی نشان داد که سطح اریفیس دریچه ی سالم از cm2 2.4 به مقدار cm2  1.4 در دریچه با گرفتگی، کاهش پیدا می­کند. سرعت محوری جریان خون و گرادیان فشار در میانه فاز سیستول در عرض دریچه افزایش پیدا کرد. علاوه بر این، تمرکزکرنش و مقدار تنش بر روی لت های دریچه با گرفتگی نسبت به دریچه­ی سالم، افزایش پیدا کرد. نتایج سرعت و توزیع فشار به خوبی با نتایج مقالات چاپ شده اکوکاردیوگرافی ، تطابق داشت. با وجود نیاز به مطالعات بیشتر در این زمینه، این مدل­سازی رفتار دریچه­ی آئورت سالم و کلسیمی شده را به خوبی نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] De Hart J., Baaijens F., Peters G., and Schreurs P., A computational fluid-structure interaction analysis of a fiber-reinforced stentless aortic valve. Biomechanics, Vol. 36, No. 5, pp. 699–712, 2003.
[2]  Grande-Allen K., and Cochran R., Stress variations in the                               human aortic root and valve:  the role of anatomic asymmetry. Annual Biomedical Engineering, Vol. 26, No. 4, pp. 534–545, 1998.
[3]  Li M.,  Mazilu D.,  Kocaturk O., and Horvath K., Self-Expanding Stent and Delivery System for Aortic Valve Replacement.  Medical Device, Vol. 6, No. 4, pp. 410061–410069, 2012.
[4]  Loon R., Anderson P., Baaijens F., and Vosse N., A Three-Dimensional Fluid–Structure Interaction Method for Heart Valve Modeling. Comptes Rendus Mecanique, Vol.  333, No. 12, pp. 856–866, 2005.
[5]           Ranga A., and Bouchet O., Computational simulation of aortic valve validated by imaging data: evaluation of valve-spring. techniques Interactive Cardiovascular Thoracic Surgery, Vol. 5, No. 4, pp.  373-378, 2006.
[6]  Morsi Y., Yang W., Wong C., and Das S., Transient Fluid–Structure Coupling for Simulation of a Trileaflet Heart Valve Using Weak Coupling. Artificial Organs, Vol. 10, No. 2, pp. 96–103, 2007.
[7]  Koch T., Nonlinear finite element analysis of aortic heart valve. MSc Thesis. Department of Mathematics and Applied Mathematics, Cape Town University, South Africa, 2004.
[8]  Astorino M., Fluid–structure interaction and multi-body contact: Application to aortic valves. Computational Methods Applied Mechanics Engineering, Vol. 198, No. 45, pp. 3603-3612, 2009.
[9]  Tullio M., Fluid-structure interaction of deformable aortic prostheses with a bileaflet mechanical valve. Biomechanics, Vol. 44, No. 9, pp. 1684-1690, 2011.
[10]           Conti C. A., Votta E., Della Corte A., Del Viscovo L.,  Bancone C.,  Cotrufo M., and Redaelli A., Dynamic finite element analysis of the aortic root from MRI-derived parameters. Medical Eng ineering Physics, Vol. 32, No. 9, pp. 212-221, 2010.
[11]         Lauten J., and Rost C., Invasive hemodynamic characteristics of low gradient severe aortic stenosis despite preserved ejection fraction. American College Cardiology, Vol. 61, No. 9, pp. 1799-1808, 2009.
 [12] Billiar K., and Sacks M., Biaxial mechanical properties of the natural and glutaraldehyde treated aortic valve cusp, Part II: a structural constitutive model. Biomechanics, Vol. 122, No. 1, pp. 327-335, 2000.
[13] Gloeckner D., Billiar K., and Sacks M., Effects of mechanical fatigue on the bending properties of the porcine bioprosthetic heart valve. American Society Artificial Internal Organs, Vol. 45, No. 1, pp. 59-335, 1999.
[14] Fung Y., Biomechanics: Mechanical properties of living tissue. Seconde Edition, New York: Springer, 1993.
[15] Nerem, R.M., and Seed, W.A., An in vivo study of aortic flow disturbances. Cardiovascular Research, Vol. 6, No. 1, pp. 1–14, 1972
 [16] Weinberg E., and Kaazempur Mofrad M., Transient, three-dimensional, multiscale simulations of the human aortic valve. Cardiovascular Engineering, Vol. 7, No. 4, pp. 140, 2010.
[17] Caruthers S., and Li S., Practical value of cardiac magnetic resonance imaging for clinical quantification of aortic valve stenosis comparison with echocardiography. Circulation, Vol. 108, No. 18, pp. 2236-2243, 2003.
[18] McCulloch A., The biomedical engineering handbook: Cardiac biomechanics. Volume 2, 2000.
[19] Otto C., Valvular Aortic Stenosis, Disease Severity and Timing of Intervention. American College Cardiology, Vol. 47, No. 11, pp. 2141-2151, 2006.
[20] Bathe K.J., ADINA, Theory and Modeling Guide. Volume 3, CFD and FSI, chapter 9, ADINA R&D Inc, 2012.
[21] Baumgartner H., Hung J.,  Echocardiographic assessment of   valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. European Journal of Echocardiogr, Vol .22, No. 1, pp.1–23, 2009.
 [22] Moss R., Multimodality Imaging for Transcatheter Aortic Valve Replacement. Chapter 12, Echocardiographic evaluation of aortic stenosis, pp. 157-169, 2013.
[23] Villavichencio E., Forebs J., Pressure Recovery in Pediatric Aortic Valve Stenosis. Pediatric Cardiology, Vol. 24, No. 5, pp. 457-462, 2003.