| Инд. авторы: | Борисов В.Г., Захаров Ю.Н., Шокин Ю.И., Овчаренко Е.А., Клышников К.Ю., Сизова И.Н., Батранин А.В., Кудрявцева Ю.А., Онищенко П.С. |
| Заглавие: | Численный метод прогнозирования гемодинамических эффектов в сосудистых протезах |
| Библ. ссылка: | Борисов В.Г., Захаров Ю.Н., Шокин Ю.И., Овчаренко Е.А., Клышников К.Ю., Сизова И.Н., Батранин А.В., Кудрявцева Ю.А., Онищенко П.С. Численный метод прогнозирования гемодинамических эффектов в сосудистых протезах // Сибирский журнал вычислительной математики. - 2019. - Т.22. - № 4. - С.399-414. - ISSN 1560-7526. |
| Внешние системы: | DOI: 10.15372/SJNM20190402; РИНЦ: 41264404; |
| Реферат: | eng: The three-dimensional unsteady-state periodic flow of blood in xenogenic vascular bioprostheses is simulated using computational fluid dynamics methods. The geometry of the computational domain is based on microtomographic scanning of bioprostheses. To set a variable pressure gradient causing a non-stationary flow in the prostheses, personal-specific data of the Doppler-echography of the blood flow of a particular patient are used. A comparative analysis of the velocity fields in the flow areas corresponding to three real samples of bioprostheses with multiple stenoses is carried out. In the zones of stenosis and outside of them, the distribution of the near-wall shear stress, which influences the risk factors for thrombosis in the prostheses, is analyzed. An algorithm for predicting the hemodynamic effects arising in vascular bioprostheses, based on the numerical modeling of a blood flow in them, is proposed. rus: Методами вычислительной гидродинамики моделируется трехмерное нестационарное периодическое течение крови в ксеногенных сосудистых биопротезах. Геометрия расчетной области строится по данным микротомографического сканирования биопротезов. Для задания переменного градиента давления, вызывающего нестационарное течение в протезе, используются персонально-специфические данные Допплер-эхографии течения крови конкретного пациента. Проводится сравнительный анализ полей скорости в областях течения, соответствующих трем реальным образцам биопротезов, имеющим множественные стенозы. В зонах стенозов и вне их анализируется распределение пристеночного напряжения сдвига, влияющего на факторы риска возникновения тромбоза в протезе. Предложен алгоритм прогнозирования гемодинамических эффектов, возникающих в сосудистых биопротезах, основанный на численном моделировании течения крови в них. |
| Ключевые слова: | bioprostheses; blood flow; computer modeling; пристеночное напряжение сдвига; биопротезы; течение крови; компьютерное моделирование; wall shear stress; |
| Издано: | 2019 |
| Физ. характеристика: | с.399-414 |
| Цитирование: | 1. Martin C., Sun W. Biomechanical characterization of aortic valve tissue in humans and common animal models // J. of Biomedical Materials Research. Part A. 2012.Vol. A100, № 6. P. 1592-1599. doi: 10.1002/jbm.a.34099. 2. Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Борисов В.Г., Сизова И.Н., Бурков Н.Н., Батранин А.В., Кудрявцева Ю.А., Захаров Ю.Н., Шокин Ю.И. Моделирование гемодинамики сосудистых протезов "КемАнгипротез" in silico // Мат. биол. и биоинф. 2017. Т. 12, № 3. С. 559-569. doi: 10.17537/2017.12.559. 3. Cadroy Y., Horbett T.A., Hanson S. Discrimination between platelet-mediated and coagulation-mediated mechanisms in a model of complex thrombus formation in vivo // J. Lab. Clin. Med. 1989. Vol. 113, № 4. P. 436-448. 4. Casa L.D., Deaton D.H., Ku D.N. Role of high shear rate in thrombosis // J. Vascular Surgery. 2015. № 61. P. 1068-1080. 5. Барбараш Л.С., Иванов С.В., Журавлева И.Ю. и др. 12-летний опыт использования биопротезов для замещения инфраингвинальных артерий // Ангиология и сосудистая хирургия. 2006. Т. 12, № 3. С. 91-97. 6. Ивченко А.О., Шведов А.Н., Ивченко О.А. Сосудистые протезы, используемые при реконструктивных операциях на магистральных артериях нижних конечностей // Бюллетень сибирской медицины. 2017. Т. 16, № 1. С. 132-139. doi: 10.20538/1682-0363-2017-1-132-139. 7. Batranin A.V., Chakhlov S.V., Kapranov B.I., Klimenov V.A., Grinev D.V. Design of the x-ray micro-CT scanner tolmi-150-10 and its perspective application in non-destructive evaluation // Applied Mechanics and Materials. 2013. № 379. P. 3-10. 8. Geers A.J., Morales H.G., Larrabide I., Butakoff C., Bijlenga P., Frangi A.F. Wall shear stress at the initiation site of cerebral aneurysms // Biomech. Model. Mechanobiol. 2017. Vol. 16, № 1. P. 97-115. doi: 10.1007/s10237-016-0804-3. 9. Кaро К., Педли Т., Шротер Р., Сид У. Механика кровообращения. М.: Мир, 1981. Перевод: Caro C.G., Pedley T.J., Schroter R.S., Seed W.A. The Mechanics of the Circulation. New York, Toronto: Oxford University Press, 1978. 10. Cho Y.I., Kensey K.R. Effects of the non-Newtonian viscosity of blood on flows in diseased arterial vessels. Part I: Steady flows // Biorheology. 1991. Vol. 28, № 3-4. P. 241-262. 11. Медведев А.Е. Двухфазная модель течения крови в крупных и мелких кровеносных сосудах // Математическая биология и биоинформатика. 2011. Т. 6, № 2. С. 228-249. 12. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд-е 7, испр. М.: Дрофа, 2003. ISBN 5-7107-6327-6. 13. Рагулин В.В. К задаче о протекании вязкой жидкости сквозь ограниченную область при заданном перепаде давления или напора / В.В. Рагулин // Динамика сплошной среды: сб. научн. тр. Новосибирск: Ин-т гидродинамики АН СССР, 1976. Вып. 27. С. 78-92. 14. Geidarov N.A., Zakharov Y.N., Shokin Yi.I. Solution of the problem of viscous fluid flow with a given pressure differential // Russ. J. of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2011. Vol. 26, № 1. P. 39-48. 15. Milosevic H., Gaydarov N.A., Zakharov Y.N. Model of incompressible viscous fluid flow driven by pressure difference in a given channel // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2013. Vol. 10, July. P. 242-246. ISSN: 0017-9310. 16. Olufsen M.S., Peskin C.S., Kim W.Y., Pedersen E.M., Nadim A., Larsen J. Numerical simulation and experimental validation of blood flow in arteries with structured-tree outflow conditions // Annals of Biomedical Engineering. 2000. Vol. 28, № 11. P. 1281-1299. 17. Keshmiria A., Ruiz-Solera A., McElroya M., Kabinejadian F. Numerical investigation on the geometrical effects of novel graft designs for peripheral artery bypass surgery // Proc. CIRP. 2016. № 49. P. 147-152. 18. Ferziger J.H., Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics, 3rd Ed. Springer, 2001. 19. SALOME оpen source integration platform for numerical simulation. http://www.salome-platform.org/. 20. The OpenFOAM Foundation, OpenCFD, openFOAM user guiden. http://www.openfoam.org/. 21. Issa R.I. Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting // J. of Computational Physics. 1985. Vol. 62, № 1. P. 40-65. 22. Ayachit U. The ParaView Guide: A Parallel Visualization Application. Kitware, 2015. ISBN 978-1930934306. 23. Xu P., Liu X., Song Q., et al. Patient-specific structural effects on hemodynamics in the ischemic lower limb artery// Scientific Reports. 2016. Vol. 6. Article number: 39225. doi: 10.1038/srep39225. 24. Hussain S.T. Blood flow measurements in lower limb arteries using duplex ultrasound // Annals of The Royal College of Surgeons of England. 1997. Vol. 79, № 5. P. 323-330. 25. Robertson A.M., Sequeira A., Owens R.G. Rheological models for blood // Cardiovascular Mathematics. Modeling and simulation of the circulatory system. Springer, 2009. P. 211-241. ISBN 978-88-470-1152-6. 26. Kamiya A., Bukhari R., Togawa T. Adaptive regulation of wall shear stress optimizing vascular tree function // Bull. Math. Biol. 1984. Vol. 46, № 1. P. 127-137. 27. Ruggeri Z.M., Orje J., Haberman R., Federici A., Reininger A.J. Activation-independent platelet adhesion and aggregation under elevated shear stress // Blood. 2006. Vol. 108, iss. 6. P. 1903-1910. doi:10.1182/blood-2006-04-011551. |
