Математическое моделирование течения желчи вдоль двенадцатиперстной кишки с учетом перистальтики и наличия эндобилиарно стента
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 3 т.30, 2026 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время саморасширяющиеся эндобилиарные стенты все чаще применяются не только при лечении опухолевой обструкции желчного дерева, но и при доброкачественном поражении дистального отдела желчного дерева, что делает исследования в этой области востребованными. Исходя из актуальности данной проблемы, сформулирована цель исследования – оценка влияния длины внутрикишечной части покрытого эндобилиарного стента на вероятность возникновения дуоденобилиарного рефлюкса на основе методов вычислительной гидродинамики. Работа посвящена математическому моделированию течения желчи и содержимого двенадцатиперстной кишки с учетом перистальтики при различной длине внутрикишечной части покрытого эндобилиарного стента. Рассмотрен стандартный покрытый эндобилиарный стент и разработана математическая модель, позволяющая проанализировать два варианта его рабочего положения с внутрикишечной частью длиной 25 и 50 мм. Проведена оценка влияния длины внутрикишечной части стента за счет наличия или отсутствия завихрений на вероятность возникновения дуоденобилиарного рефлюкса. Кишка в момент перистальтики в плоской задаче моделировалась фиксированной деформированной геометрией, что приближенно соответствует положению кишки в момент сокращения. Второй шаг, для объемной задачи, более приближенной к точной формулировке поведения кишки при перистальтике стенки, моделировался последовательным радиальным сжатием сегментов. Численное моделирование выполнено в программном комплексе Ansys Fluent с использованием многофазной модели VOF. Установлено, что вариант с внутрикишечной частью длиной 50 мм является предпочтительным с точки зрения снижения риска рефлюкса: обратного заброса содержимого в стент не наблюдается, тогда как при длине 25 мм в области просвета стента формируется закручивание потока, способствующее рефлюксу. Показано, что трехмерная постановка более полно воспроизводит пространственный характер течения и геометрию просвета по сравнению с плоской, что делает ее предпочтительной для дальнейших исследований. Полученные результаты хорошо согласуются с клиническими наблюдениями, согласно которым чрезмерно короткая внутрикишечная часть стента способствует дуоденобилиарному рефлюксу. С учетом того, что предложенная модель содержит ряд допущений и имеет некоторые ограничения, вывод о предпочтительности длины 50 мм следует рассматривать совместно с риском механического повреждения стенки и стента. Для повышения достоверности модели в перспективе необходима ее доработка и валидация.
Короткий адрес: https://sciup.org/146283400
IDS: 146283400 | УДК: 531/534: [57+61] | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2026.3.03
Bile flow mathematical modeling along the duodenum, taking into account perestalsis and the presence of an endobiliary stent
Currently, self‑expanding endobiliary stents are increasingly used not only in the treatment of malignant biliary tract obstruction, but also in benign lesions of the distal biliary tract, which makes research in this area highly relevant. Based on the significance of this problem, the aim of the study is formulated: to assess the influence of the length of the intraduodenal part of a covered endobiliary stent on the likelihood of duodeno‑biliary reflux using computational fluid dynamics (CFD) methods.The work is devoted to mathematical modelling of bile and duodenal content flow, accounting for peristalsis, with varying lengths of the intraduodenal part of a covered endobiliary stent. A standard covered endobiliary stent is considered, and a mathematical model is developed to analyze two configurations of its working position – with an intraduodenal part 25 mm and 50 mm in length. The influence of the stent’s intraduodenal length on the probability of duodeno‑biliary reflux is evaluated based on the presence or absence of flow vortices. In the 2D case, the intestine during peristalsis is modelled as a fixed deformed geometry, approximately corresponding to the contracted state. In the 3D case, a more realistic representation of intestinal peristalsis is achieved by sequentially radially compressing segments of the wall. Numerical simulations are performed in the Ansys Fluent software package using a multiphase VOF (Volume of Fluid) model. It is found that the configuration with a 50 mm intraduodenal part is preferable in terms of reducing reflux risk: no reverse flow into the stent is observed. In contrast, with a 25 mm length, flow swirling forms in the stent lumen, promoting reflux. It is shown that the 3D formulation more fully reproduces the spatial flow pattern and lumen geometry compared to the 2D approach, making it preferable for further studies. The results are in good agreement with clinical observations, according to which an excessively short intraduodenal stent part promotes duodeno‑biliary reflux. Given that the proposed model includes several assumptions and has certain limitations, the conclusion about the preference for a 50 mm length should be considered together with the risk of mechanical damage to the intestinal wall and the stent itself. To improve model reliability, further refinement and validation are needed in future work.
