Численное моделирование течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы

Автор: Гатаулин Я.А., Никитин Е.Д., Юхнев А.Д., Росуховский Д.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 3 (97) т.26, 2022 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена численному исследованию течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы. Данная проба является нагрузочной процедурой, а именно комплексом дыхательных действий, используемым врачами-флебологами для ультразвуковой диагностики клапанной несостоятельности. Измеряемая характеристика при пробе Вальсальвы - длительность обратного кровотока, возникающего во время закрытия клапана, по которой врач делает заключение о смыкаемости створок клапана. В работе построена численная модель венозного клапана подколенной вены на основе клинических данных. Решались нестационарные уравнения гидродинамики и движения упругой створки, при этом проба Вальсальвы моделировалась импульсным перепадом давления на входной границе участка вены с клапаном. Получены данные о поле скорости, продолжительности обратного течения, объеме утечек для разной упругости клапана, в том числе для здорового клапана и клапана с несостоятельностью. Для модели здорового клапана длительность обратного течения составила менее 1 с, а для несостоятельного клапана - более 1 с, что соответствует клиническим данным. Результаты расчетов могут быть использованы врачами-флебологами для уточнения процедуры диагностики клапанной несостоятельности.

Еще

Венозный клапан, численное моделирование, fluid-structure interaction, гемодинамика, проба вальсальвы

Короткий адрес: https://sciup.org/146282602

IDR: 146282602 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.3.06

Список литературы Численное моделирование течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы

Левтов В.А., Регирер С.А., Шадрина Н.Х. Реология крови. - М.: Медицина, 1982. - 270 с.
Ariane M., Wen W., Vigolo D., Brill A., Nash F.G.B., Barigou M., Alexiadis A. Modelling and simulation of flow and agglomeration in deep veins valves using discrete multi physics // Computers in Biology and Medicine. - 2017. -Vol. 89. - P. 96-103.
Ariane M., Vigolo D., Brill A., Nash F.G.B., Barigou M., Alexiadis A. Using discrete multi-physics for studying the dynamics of emboli in flexible venous valves // Computers and Fluids. - 2018. - Vol. 166. - P. 57-63.
Benson, A.A., Huang H.-Y.S. Tissue level mechanical properties and extracellular matrix investigation of the bovine jugular venous valve tissue // Bioengineering. - 2019. -Vol. 6, iss. 2. - P. 1-15.
Bertolotto M., Simon F., Richenberg J., Belfield J., Dogra V., et al. Ultrasound evaluation of varicoceles: systematic literature review and rationale of the ESUR-SPIWG Guidelines and Recommendations // Journal of Ultrasound. - 2020. - Vol. 23. - P. 487-507.
Buxton G., Clarke N. Computational phlebology: the simulation of a vein valve // Journal of Biological Physics. -2006. - Vol.32. - P. 507-521.
Calandrini S., Aulisa E. Fluid-structure interaction simulations of venous valves: A monolithic ALE method for large structural displacements // International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. - 2019. -Vol. 35, no. 2. - P. 1-21.
Chen H., Berwick Z., Krieger J., Chambers S., Lurie F., Kassab G. Biomechanical comparison between mono-, bi-, and tricuspid valve architectures // Journal of Vascular Surgery: Venous and Lymphatic Disorders. - 2014. - Vol. 2. -P. 188-193.
9. Chen H.Y., Tien W-S., Chambers S.D., Dabiri D., Kassab G.S. Search for an optimal design of a bioprosthetic venous valve: in silico and in vitro studies // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. - 2019. - Vol. 58. - P. 112-119.
10. Caggiati A. The venous valves of the lower limb // Phlebo-lymphology. - 2013. - Vol. 20, no. 2. - P. 87-95.
11. De Maeseneer M., Pichot O., Cavezzi A. Duplex ultrasound investigation of the veins of the lower limbs after treatment for varicose veins e UIP Consensus Document // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. - 2011. -Vol. 42. - P. 89-102.
12. Garcia M.I.M., Cano A.G., Monrove J.C.D. Arterial pressure changes during the Valsalva maneuver to predict fluid responsiveness in spontaneously breathing patients // Intensive Care Medicine. - 2009. - Vol. 35. - P. 77-84.
13. Gataulin Y.A., Yukhnev A.D., Rosukhovskiy D.A. Numerical analysis of the flow in the model of a venous valve: normal and surgical correct // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 2103. - P. 1-6.
14. Gataulin Y.A., Yukhnev A.D., Smirnov S.I., Rosukhovskiy D.A. Numerical analysis of the leaflet elasticity effect on the flow in the model of a venous valve // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1359. - P. 1-6.
15. Hemalatha K., Manivannan M. Valsalva Maneuver for the analysis of interaction hemodynamic - Model study // 2010 International Conference on Recent Trends in Information, Telecommunication and Computing. - 2010. - P. 28-32.
16. Jeanneret C., Aschwanden M., Labs K.H., Jager K. Duplex ultrasound for the assessment of venous reflux // Current Problems in Dermatology. - 1999. - Vol. 27. - P. 102-108.
17. Jeanneret C., Jäger K.A., Zaugg C.E., Hoffmann U. Venous reflux and venous distensibility in varicose and healthy veins // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. - 2007. - Vol. 34, no. 2. - P. 236-242.
18. Langevelde K., Sramek A., Rosendaal F.R. The effect of aging on venous valves // Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. - 2010. - Vol. 30. - P. 2075-2080.
19. Liang F., Liu H. Simulation of hemodynamic responses to the Valsalva maneuver: an integrative computational model of the cardiovascular system and the autonomic nervous system // The Journal of Physiological Sciences. - 2006. -Vol. 56. - P. 45-65.
20. Liu X., Liu L. Effect of valve lesion on venous valve cycle: a modified immersed finite element modeling // PLoS ONE. -2021. - Vol. 14, no. 3. - P. 1-26.
21. Lurie F., Kistner R.L., Eklof B., Kessler D. Mechanism of venous valve closure and role of the valve in circulation: a new concept // Journal of Vascular Surgery. - 2003. - Vol. 38. - P. 955-961.
22. Lu K., Clark J.W., Ghorbel F.H., Ware D.L., Bidani A. A human cardiopulmonary system model to the analysis of the Valsalva maneuver // The American Journal of Physiology -Heart and Circulatory Physiology. - 2001. - Vol. 281. -P. 2661-2679.
23. Moberg N. Hemodynamic model of the cardiovascular system during Valsalva maneuver and orthostatic changes. -Master's Thesis, Umea University Department of Engineering Physics, UMEA SWEDEN, 2011. - 89 p.
24. Moore H.M., Gohel M., Davies A.H. Number and location of venous valves within the popliteal and femoral veins – a review of the literature // Journal of Anatomy. - 2011. - Vol. 219, no. 4. - P.439-443.
25. Necas M. Duplex ultrasound in the assessment of lower extremity venous insufficiency // Australasian Journal of Ultrasound in Medicine. - 2010. - Vol. 13, no. 4. - P. 37-45.
26. Randall E.B., Billeschou A., Brinth L.S., Mehlsen J., Olufsen M.S. A model-based analysis of autonomic nervous function in response to the Valsalva maneuver // Journal of Applied Physiology. - 2019. - Vol. 127. - P. 1386-1402.
27. Ricci S., Moro L., Minotti G.C., Incalzi R.A., Maeseneer M.D. Valsalva maneuver in phlebologic practice // Phlebology. - 2017. - Vol. 38, no. 2. - P. 1-9.
28. Simao M., Ferreira J.M., Mora-rodriguez J., Ramos H.M. Identification of DVT diseases using numerical simulations // Medical and Biological Engineering and Computing. -2016. - Vol. 54. - P. 1591-1609.
29. Soifer E., Weiss D., Marom G., Einav S. The effect of pathologic venous valve on neighboring valves: fluid-structure interactions modeling // Medical and Biological Engineering and Computing. - 2017. - Vol. 55, no. 6. - P. 991-999.
30. Tikhomolova L.G., Gataulin Y.A., Yukhnev A.D., Rosukhovskiy D.A. Fluid-structure interaction modelling of the venous valve with elastic leaflets // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1697. - P. 1-6.
31. Zervides C., Giannoukas A.D. Computational phlebology: reviewing computer models of the venous system // Phlebology. - 2013. - Vol. 28. - P. 209-218.

Еще

Статья научная