Граничные условия на выходах при численном моделировании гемодинамики сонной артерии

Граничные условия на выходах при численном моделировании гемодинамики сонной артерии

Автор: Доль А.В., Иванов Д.В., Бахметьев А.С., Майстренко Д.Н., Единова М.В., Рыкова А.Ю.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 1 (91) т.25, 2021 года.

Бесплатный доступ

Индивидуальный подход к моделированию гемодинамики сонных артерий и артерий виллизиевого круга человека требуется в случаях необходимости хирургического вмешательства в связи с атеросклеротическим поражением или возникновением аневризм. Разработка строгого подхода к постановке задачи, включающей индивидуальные граничные условия, свойства сосудов и персонализированную геометрию, является актуальной научной проблемой, которой посвящена данная работа. В ходе исследования данные численного моделирования гемодинамики сонной артерии конкретного пациента сравнивались с данными, полученными с помощью аппарата УЗИ. Геометрическая модель бифуркации сонной артерии строилась в системе автоматизированного проектирования SolidWorks на основе данных УЗИ, выполненного на аппарате Mindray Resona 7. На приборе были получены значения скорости на входе в сосуд, механические свойства стенок, «эталонные» значения скоростей в наружной и внутренней сонных артериях, а также векторные поля скоростей в разные моменты времени. Рассматривалось 3 типа граничных условий на выходах из сосудов: нулевое давление, давление с запаздыванием, условия типа Windkessel . Результаты расчетов сравнивались с «эталонными» с целью определения наиболее близкого к физиологическому поведения сосуда.

Еще

Windkessel, кровоток, гемодинамика, сонная артерия, Виндкессель, атеросклероз, граничные условия

Короткий адрес: https://sciup.org/146282190

IDR: 146282190   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2021.1.02

Список литературы Граничные условия на выходах при численном моделировании гемодинамики сонной артерии

  • Доль А.В., Иванов Д.В. Разработка программы полуавтоматической сегментации изображений для создания трехмерных моделей сосудов головного мозга // Российский журнал биомеханики. - 2017. -Т. 21, № 4. - С. 449-461. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2017.4.12
  • Иванов Д.В., Доль А.В., Кузык Ю.И. Биомеханические основы прогнозирования протекания каротидного атеросклероза // Российский журнал биомеханики. - 2017. - Т. 21, № 1. - С. 29-40. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2017.1.03
  • Choudhry F.A., Grantham J.T., Rai A.T., Hogg J.P. Vascular geometry of the extracranial carotid arteries: an analysis of length, diameter, and tortuosity // J. Neurointerv. Surg. - 2016. - Vol. 8, no. 5. - P. 536-540. DOI: 10.113 6/neurintsurg-2015-011671
  • Garrard J.W., Ramnarine K.V. Shear-wave elastography in carotid plaques: comparison with grayscale median and histological assessment in an interesting case ultraschall in der medizin // Ultraschall. Med. -2014. - Vol. 35, no. 1. - P. 3-4. DOI: 10.1055/s-0033-1350310
  • Gharahi H., Zambrano B.A., Zhu D.C., DeMarco J.K., Baek S. Computational fluid dynamic simulation of human carotid artery bifurcation based on anatomy and volumetric blood flow rate measured with magnetic resonance imaging // Int. J. Adv. Eng. Sci. Appl. Math. - 2016. - Vol. 8, no. 1. - P. 40-60. DOI: 10.1007/s12572-016-0161-6
  • Govsa F., Yagdi T., Ozer M.A., Eraslan C., Alagoz A.K. Building 3D anatomical model of coiling of the internal carotid artery derived from CT angiographic data // Eur. Arch. Otorhinolaryngol. - 2017. -Vol. 274, no. 2. - P. 1097-1102. DOI: 10.1007/s00405-016-4355-0
  • Hoi Y., Wasserman B.A., Lakatta E.G., Steinman D.A. Effect of common carotid artery inlet length on normal carotid bifurcation hemodynamics // J. Biomech. Eng. - 2010. - Vol. 132, no. 12. - P. 121008. DOI: 10.1115/1.4002800
  • Ivanov D., Dol A., Polienko A. Patient-specific hemodynamics and stress-strain state of cerebral aneurysms // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2016. - Vol. 18, no. 2. - P. 10-17.
  • Lee C.J., Uemiya N., Ishihara S., Zhang Y., Qian Y. A comparison of estimation methods for computational fluid dynamics outflow boundary conditions using patient-specific carotid artery // Proc. Inst. Mech. Eng. H. - 2013. - Vol. 227, no. 6. - P. 663-671. DOI: 10.1177/0954411913479540
  • Li X., Sun B., Zhao H., Ge X., Liang F., Li X., Xu J., Liu X. Retrospective study of hemodynamic changes before and after carotid stenosis formation by vessel surface repairing // Sci. Rep. - 2018. - Vol. 8, no. 1. -P. 5493. DOI: 10.1038/s41598-018-23842-0.
  • Lou Z., Yang J., Tang L., Jin Y., Zhang J., Liu C., Li Q. Shear wave elastography imaging for the features of symptomatic carotid plaques: a feasibility study // J. Ultrasound Med. - 2017. - Vol. 36, no. 6. -P. 1213-1223. DOI: 10.7863/ultra.16.04073
  • Onaizah O., Poepping T.L., Zamir M. A model of blood supply to the brain via the carotid arteries: effects of obstructive vs. sclerotic changes // Med. Eng. Phys. - 2017. - Vol. 49. - P. 121-130. DOI: 10.1016/j.medengphy.2017.08.009
  • Ramnarine K.V., Garrard J.W., Kanber B., Nduwayo S., Hartshorne T.C., Robinson T.G. Shear wave elastography imaging of carotid plaques: feasible, reproducible and of clinical potential // Cardiovasc Ultrasound. - 2014. - Vol. 12. - P. 49. DOI: 10.1186/1476-7120-12-49
  • Resona 7 [Электронный ресурс]. - URL: www.mindray.com/ru/product/Resona_7_GI.html (дата обращения: 01.02.2021).
  • Tang D., Kamm R.D., Yang C., Zheng J., Canton G., Bach R., Huang X., Hatsukami T.S., Zhu J., Ma G., Maehara A., Mintz G.S., Yuan C. Image-based modeling for better understanding and assessment of atherosclerotic plaque progression and vulnerability: data, modeling, validation, uncertainty and predictions // J. Biomech. - 2014. - Vol.47, no. 4. - P. 834-846. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2014.01.012
  • Terminology and diagnostic criteria committee, Japan society of ultrasonics in medicine. Standard method for ultrasound evaluation of carotid artery lesions // J. Med. Ultrason. - 2009. - Vol. 36, no. 4. - P. 219-226. DOI: 10.1007/s10396-009-0238-y
  • Westerhof N., Lankhaar J.-W., Westerhof B.E. The arterial Windkessel // Med. Biol. Eng. Comput. - 2009. -Vol. 47, no. 2. - P. 131-141. DOI: 10.1007/s11517-008-0359-2
  • Xu P., Liu X., Zhang H., Ghista D., Zhang D., Shi C., Huang W. Assessment of boundary conditions for CFD simulation in human carotid artery // Biomech. Model. Mechanobiol. - 2018. - Vol. 17, no. 6. -P. 1581-1597. DOI: 10.1007/s10237-018-1045-4
  • Yang S., Wang Q., Shi W. et al. Numerical study of biomechanical characteristics of plaque rupture at stenosed carotid bifurcation: a stenosis mechanical property-specific guide for blood pressure control in daily activities // Acta Mech. Sin. - 2019. - Vol. 35. - P. 1279-1289.
  • Yang X., Jin J., Xu M., Wu H., He W., Yuchi M., Ding M. Ultrasound common carotid artery segmentation based on active shape model // Comput Math Methods Med. - 2013. - Vol. 2013. - P. 345968. DOI: 10.1155/2013/345968
  • Zierler R.E., Leotta D.F., Sansom K., Aliseda A., Anderson M.D., Sheehan F.H. Development of a duplex ultrasound simulator and preliminary validation of velocity measurements in carotid artery models // Vasc. Endovascular Surg. - 2016. - Vol. 50, no. 5. - P. 309-316. DOI: 10.1177/1538574416647502
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp