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.
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.