Моделирование виллизиевого круга человека в норме и при патологии
Автор: Иванов Д.В., Доль А.В., Павлова О.Е., Аристамбекова А.В.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 3 (61) т.17, 2013 года.
Бесплатный доступ
Целью работы является разработка рекомендаций по выбору типа лечения аневризм артерий головного мозга. Сформулирована краевая задача, описывающая течение крови в артериях головного мозга с упругими стенками. С помощью специализированных программных пакетов Mimics и Solid Works построены реалистичные геометрические модели артерий виллизиевого круга в норме и при наличии аневризм. При этом дано описание методики и основных этапов построения таких моделей, а также проведена оценка их пригодности для конечно-элементных расчетов. Далее проведен анализ ультразвуковых исследований артерий виллизиевого круга, сонных и позвоночных артерий, необходимый для получения параметров кровотока и постановки граничных условий. Кроме того, исследованы механические свойства образцов артерий виллизиевого круга, получены константы функции энергии деформации Муни–Ривлина.
Виллизиев круг, аневризма, математическое моделирование, гиперупругий материал, механические испытания, трехмерное проектирование
Короткий адрес: https://sciup.org/146216107
IDR: 146216107
Список литературы Моделирование виллизиевого круга человека в норме и при патологии
- Голядкина А.А., Иванов Д.В., Каменский А.В., Кириллова И.В., Сальковский Ю.Е., Сафонов Р.А., Щучкина О.А. Практическое применение системы автоматизированного проектирования Solid Works в моделировании кровеносных сосудов: учеб. пособие для студ. естеств. дисциплин. -Саратов: Наука, 2011. -148 с.
- Иванов Д.В. Исследование артерий виллизиевого круга человека в норме и при патологии//Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер. Математика. Механика. Информатика. -Саратов, 2010. -Т. 10, вып. 1. -С. 35-44.
- Иванов Д.В., Фомкина О.А. Определение механических свойств артерий виллизиевого многоугольника//Российский журнал биомеханики. -2008. -Т. 12, № 4. -С. 75-83.
- Лечебно-диагностический центр Международного института биологических систем [Электронный ресурс]. -http://www.ldc.ru (дата обращения: 10.02.2012).
- Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. -М.: Физматгиз, 1958. -336 с.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.: Наука, 1970. -904 с.
- Никитин Ю.М. Ультразвуковая допплерография в диагностике поражений магистральных артерий головы и основания мозга: учеб. пособие/Ин-т неврологии РАМН, АО «Спектромед». -СПб., 1995. -45 с.
- Ультразвуковая допплеровская диагностика в клинике/под ред. Ю.М. Никитина, А.И. Труханова. -М.; Иваново: МИК, 2004. -496 с.
- Федеральный центр нейрохирургии [Электронный ресурс]. -http://www.brainport.su (дата обращения: 20.02.2012).
- Цвибель В.Дж., Пеллерито Дж.С. Ультразвуковое исследование сосудов. -М.: Видар, 2008. -644 с.
- Auricchio F., Conti M., de Beule M., de Santis G., Verhegghe B. Carotid artery stenting simulation from patient-specific images to finite element analysis//Medical Engeneering Physics. -2011. -Vol. 33, Iss. 3. -P. 281-289.
- Balossino R., Pennati G., Migliavacca F., Formaggia L., Veneziani A., Tuveri M., Dubini G. Computational models to predict stenosis growth in carotid arteries: which is the role of boundary conditions?//Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. -2009. -Vol. 12, Iss. 1. -P. 113-123.
- Chuang Ch.-Ch., Lee Yu.-T., Chen Ch.-M., Hsieh Y.-Sh., Liu T.-Ch., Sun Ch.-W. Patient-oriented simulation based on Monte-Carlo algorithm by using MRI data//Biomedical Engineering online. -2012. -Vol. 11. -P. 1-15.
- Dempere-Marco L. CFD analysis incorporating the influence of wall motion: application to intracranial aneurysms//Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. -2006. -P. 438-445.
- Eppinger H. Pathogenesis (Histogenesis und Aetiologie) der Aneurysmen einschliesslich des Aneurysma Equiverminosum. Pathologisch-anatomische Studien//Arch. Klin. Chir. -1887. -Vol. 35, Sup. 1. -P. 1-563.
- Fu W., Qiao A. Fluid structure interaction of patient specific internal carotid aneurysms: a comparison with solid stress models//WCB 2010, IFMBE Proceedings. -2010. -Vol. 31. -P. 422-425.
- Grinberg L., Cheever E., Anor T., Madsen J.R., Karniadakis G.E. Modeling blood flow circulation in intracranial arterial networks: a comparative 3D/1D simulation study//Annals of Biomedical Engineering. -2011. -Vol. 39, Iss. 1. -P. 297-309.
- Ho H., Cooling M.T., Hunter P.P. Towards a multiscale integrative model of WSS-induced signaling pathways in cerebral aneurysms//WCB 2010, IFMBE Proceedings. -2010. -Vol. 31. -P. 1159-1162.
- Jou L.-D., Mawad M.E. Timing and size of flow impingement in a giant intracranial aneurysm at the internal carotid artery//Medical & Biological Engineering & Computing. -2011. -Vol. 49, Iss. 8. -P. 891-899.
- Kim C.S., Kiris C., Kwak D., David T. Numerical simulation of local blood flow in the carotid and cerebral arteries under altered gravity//Journal of Biomechanical Engeneering. -2006. -Vol. 128, Iss. 2. -P. 194-203.
- Liang F., Fukasaku K., Liu H., Takagi S. A computational model study of the influence of the anatomy of the circle of Willis on cerebral hyperperfusion following carotid artery surgery//Biomedical Engineering online. -2011. -Vol. 10. -P. 1-22.
- Liu H., Yamaguchi T. Waveform dependence of pulsatile flow in a stenosed channel//J. Biomech. Eng. -2001. -Vol. 123 (1). -P. 88-96.
- Marzo A., Singh P., Reymond Ph., Stergiopulos N., Patel U., Hose R. Influence of inlet boundary conditions on the local haemodynamics of intracranial aneurysms//Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. -2009. -Vol. 12, Iss.4. -P. 431-444.
- Masaaki S. Magnitude and role of wall shear stress on cerebral aneurysm//Stroke. -2004. -Vol. 35. -P. 2500-2505.
- Mimics [Электронный ресурс]. -http://biomedical.materialise.com (дата обращения: 10.03.2012).
- Moore S.M., Moorhead K.T., Chase J.G., David T., Fink J. One-dimensional and three-dimensional models of cerebrovascular flow//J. Biomech. Eng. -2005. -Vol. 127, Iss. 3. -P. 440-450.
- Oubel E., De Craene M., Putman C.M., Cebral J.R., Frangi A.F. Analysis of intracranial aneurysm wall motion and its effects on hemodynamic patterns//Medical Imaging 2007: Physiology, Function, and Structure from Medical Images. -Cardiff, 2007. -Vol. 6511. -P. 65112A.
- Release 14.5 documentation for ANSYS [Электронный ресурс]. -http://www.ansys.com (дата обращения: 25.03.2012).
- Rivlin R.S., Saunders D.W. Large elastic deformations of isotropic materials VII. Experiments on the deformation of rubber//Philosophical Transactions of the Royal Society A. -1951. -Vol. 243. -P. 251-288.
- Sahs A.L., Perret G.E., Locksley H.B. Observations on the pathology of saccular aneurysms//Journal of Neurosurgery. -1966. -Vol. 24, Iss. 4. -P. 792-806.
- Scott R.M., Ballantin H.T. Spontaneous thrombosis in a giant middle cerebral artery aneurysm//Journal of Neurosurgery. -1972. -Vol. 37. -P. 361-363.
- Torii R. Fluid-structure interaction modeling of aneurismal conditions with high and normal blood pressures//Computational Mechanics. -2006. -Vol. 38. -P. 482-490.
- Torii R. Fluid-structure interaction modeling of blood flow and cerebral aneurysm: Significance of artery and aneurysm shapes//Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. -2008. -Vol. 198. -P. 3613-3621.
- Torii R., Oshima M. An integrated geometric modelling framework for patient-specific computational haemodynamic study on wide-ranged vascular network//Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. -2011. -Vol. 15, Iss. 6. -P. 615-625.
- Trachet B., Renard M., de Santis G., Staelens S., de Backer J., Antiga L., Loeys B., Segers P. An integrated framework to quantitatively link mouse-specific hemodynamics to aneurysm formation in angiotensin II-infused ApoE -/-mice//Annals of Biomedical Engineering. -2011. -Vol. 39, Iss. 9. -P 2430-2444.
- Tsai W.W., Savas Ö., Maitland D., Ortega J., Small W., Wilson Th.S., Saloner D. Experimental study of the vascular dynamics of a saccular basilar aneurysm//International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 5-10 November, 2006. -Chicago, 2006. -Paper No. IMECE2006-14662. -P. 317-326.
- Valen-Sendstad K., Mardal K.-A., Steinman D.A. High-resolution computational fluid dynamics detects high-frequency velocity fluctuations in bifurcation, but not sidewall, aneurysms//Journal of Biomechanics. -2012. -Vol. 46 (2). -P. 402-407.
- Wang X.H., Li X.Y., Zhang X.J. A computational study on bomechanical differences between cerebral aneurysm and normal cerebral artery employing fluid-structure interaction analysis//WCB 2010, IFMBE Proceedings. -2010. -Vol. 31. -P. 1503-1506.
- Watton P.N., Selimovic A., Raberger N.B., Huang P., Holzapfel G.A., Ventikos Y. Modelling evolution and the evolving mechanical environment of saccular cerebral aneurysms//Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. -2011. -Vol. 10. -P. 109-132.
- Watton P.N., Raberger N.B., Holzapfel G.A., Ventikos Y. Coupling the hemodynamic environment to the evolution of cerebral aneurysms: computational framework and numerical examples//Journal of Biomechanical Engineering. -2009. -Vol. 10. -P. 12-22.
- Watton P.N., Ventikos Y., Holzapfel G.A. Modelling cerebral aneurysm evolution/ed. T. McGloughlin//Biomechanics and Mechanobiology of Aneurysms. -Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. -P. 373-399.
- Watton P.N., Ventikos Y., Holzapfel G.A. Modelling the growth and stabilisation of cerebral aneurysms//Mathematical Medicine and Biology. -2009. -Vol. 26. -P. 133-164.
- Winslow A.M. Equipotential zoning of two-dimensional meshes//Report UCRL-7312. -University of California, Lawrence Radiation Laboratory, 1963. -P. 25.
- Xenos M., Rambhia S.H., Alemu Y., Einav S., Labropoulos N., Tassiopoulos A., Ricotta J.J., Bluestein D. Patient-based abdominal aortic aneurysm rupture risk prediction with fluid structure interaction modeling//Annals of Biomedical Engineering. -2010. -Vol. 38, Iss. 11. -P. 3323-3337.
Статья научная
