برهمکنش سیال و جامد در محیطهای زیستی
علیرضا هاشمی فرد؛ ناصر فتورائی؛ ملیکه نبئی
مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 12 اسفند 1402
چکیده
وظیفه مهم و اساسی دریچه آئورت، جلوگیری از بازگشت خون از شریان آئورت به بطن چپ است. باز شدن و بسته شدن به موقع و دقیق دریچه آئورت میتواند به تامین فشار خون مناسب و برونده قلبی مطلوب کمک کند. به همین دلیل شبیهسازی عملکرد دریچه آئورت میتواند به شناخت و نحوه عملکرد اجزای آن کمک کرده و محدودهی تغییرات کمیتهای مرتبط با همودینامیک ...
بیشتر
وظیفه مهم و اساسی دریچه آئورت، جلوگیری از بازگشت خون از شریان آئورت به بطن چپ است. باز شدن و بسته شدن به موقع و دقیق دریچه آئورت میتواند به تامین فشار خون مناسب و برونده قلبی مطلوب کمک کند. به همین دلیل شبیهسازی عملکرد دریچه آئورت میتواند به شناخت و نحوه عملکرد اجزای آن کمک کرده و محدودهی تغییرات کمیتهای مرتبط با همودینامیک دریچه آئورت و ارتباط آنها را مشخص سازد. بر این اساس، مدل محاسباتی دریچه آئورت به روش لاگرانژی اویلری اختیاری حل شده و نمودارهای فشار بطن چپ و اختلاف فشار بطن چپ نسبت به شریان آئورت، سطح باز بین لتهای دریچه، میزان جریان خون، منحنی فشار به حجم بطن چپ، انرژی بطن چپ، دانسیته انرژی سینماتیکی و اتلاف لزجی، مقاومت دریچه، اختلاف فشار سیال در دو طرف سطح لتها و اختلاف فشار لحظهای محور طولی دریچه نسبت به فشار شریان آئورت در این تحقیق گزارش شده و بر اساس آن فرآیند باز شدن و بسته شدن دریچه آئورت تحلیل شده است. حرکت لتها به عنوان جابهجائی مرز جامد در روش تعامل سیال و جامد، شبکه محاسباتی سیال را دستخوش جابهجائی و تغییر میکند که با توالی بازسازی شبکه محاسباتی سیال تصحیح میشود. در طی این فرآیند مشکلاتی رخ میدهد که جزئیات و چگونگی پرهیز از بروز آن در این مقاله به تفصیل بیان شده است.
بیومکانیک محاسباتی
فائزه جهانی؛ ملیکه نبئی؛ ژنشیانگ جیانگ؛ سونئیک بک
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، ، صفحه 20-30
چکیده
آنوریسم آئورت شکمی بزرگ شدن تدریجی قطر آئورت است که در صورت پارگی میتواند زندگی بیمار را تهدید کند. فاکتورهای متعددی در خطرپارگی و رفتار آنوریسم تاثیرگذار هستند؛ یکی از عوامل مهم مشخصات هندسی و پارامترهایبیومکانیکی آنوریسم است که یافتن ارتباط آن با روند رشد آنوریسم کمک شایانی به نظارت بر روند درمانی، تصمیمگیری پیرامون فرایند ...
بیشتر
آنوریسم آئورت شکمی بزرگ شدن تدریجی قطر آئورت است که در صورت پارگی میتواند زندگی بیمار را تهدید کند. فاکتورهای متعددی در خطرپارگی و رفتار آنوریسم تاثیرگذار هستند؛ یکی از عوامل مهم مشخصات هندسی و پارامترهایبیومکانیکی آنوریسم است که یافتن ارتباط آن با روند رشد آنوریسم کمک شایانی به نظارت بر روند درمانی، تصمیمگیری پیرامون فرایند درمان و غربالگری میکند. لذا نیاز است که خصوصیتهایهندسی(شکل و اندازه) آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار بطور اختصاصی جهت پیشبینی خطر پارگی آنوریسم و رفتار آن مورد بررسی قرار گرفته شود. مدلهای رشد و بازسازی بر مبنای روش المان محدود به عنوان ابزاری جهت تشریح ویژگیهای بیولوژیکی و پیشبینی پیشرفت و تکامل بیماری هستند که پتانسیل خود را در شرایط بروز آنورسیم آئورت شکمی نشان دادهاند؛ در این مقاله از مدل رشد و بازسازی تابع تنش استفاده شد تا اشکال مختلفی از هندسهی آنوریسم آئورت شکمی به کمک تابع آسیب الاستین و بازسازی کلاژن شبیهسازی گردد. نتایج شبیهسازی بر نقش میزان آسیب الاستین بر تغییرات هندسی آنوریسم و حساسیت بازسازی کلاژن بر توزیع تنش دیواره و سرعت انبساط تأکید کرد؛ بطوریکه با تغییر نرخ کلاژن از ۰.۰۷ تا ۰.۰۴ تنش دیواره تا ۳۰۰ کیلوپاسکال افزایش یافت. نتایج نشان داد که توزیع تنش و گسترش موضعی با میزان آسیب الاستین مطابقت دارد؛ تابع آسیب الاستین در محل حداکثر قطر و ایجاد شکلهای مختلف آنوریسم آئورت شکمی موثر است. همچنین تغییرات زمانی بر عملکرد تخریب الاستین تاثیر مستقیم دارد. تولید کلاژن ناشی از تنش ایجاد شده، از دست دادن الاستین را جبران میکند وسرعت رشد آنوریسم را کنترل میکند. در نهایت این مدل محاسباتی قابلیت این را دارد که در آینده بطور اختصاصی پیچیدگیهای رشد آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار را به کمک تغییرات هندسی آنوریسم، میزان آسیب الاستین و تولید دوبارهی کلاژن در دیوارهی رگ به تصویر بکشد.
بیومکانیک قلب و عروق
سارا براتی؛ ناصر فتورائی؛ ملیکه نبئی
دوره 15، شماره 4 ، اسفند 1400، ، صفحه 355-366
چکیده
دریچههای کاتتری آئورت به عنوان درمان استاندارد برای بیماران دچار تنگی شدید دریچهی آئورت که ریسک بالای جراحی دارند تبدیل شده است. با توجه به این که در مقایسه با جراحی قلب باز، این روش پیوند دریچه نیمهتهاجمی بوده و عوارض جراحی کمتری به همراه دارد میتواند به عنوان روش جایگزین مناسبی برای پیوند دریچه تبدیل شود. با این وجود ...
بیشتر
دریچههای کاتتری آئورت به عنوان درمان استاندارد برای بیماران دچار تنگی شدید دریچهی آئورت که ریسک بالای جراحی دارند تبدیل شده است. با توجه به این که در مقایسه با جراحی قلب باز، این روش پیوند دریچه نیمهتهاجمی بوده و عوارض جراحی کمتری به همراه دارد میتواند به عنوان روش جایگزین مناسبی برای پیوند دریچه تبدیل شود. با این وجود عوارض پس از پیوند و اشکالات ساختاری این نوع از دریچهها مانع رسیدن به چنین هدفی شده است. بهینهسازی طراحی استنت این پروتزها گام مهمی در راستای بهبود عملکرد و گسترش کاربرد آنها است. از آنجا که تمام پروتزها قبل از پیوند فشرده شده و در کاتتر قرار میگیرند، استحکام استنت در این بارگذاری و عدم بروز خستگی ماده اهمیت ویژهای در عملکرد آن دارد. در این مطالعه چارچوبی ساده و کمهزینه برای بهینهسازی ساختاری استنت دریچهی کاتتری با پارامترهای طراحی هندسی شامل فرم کلی استنت، اندازهی سلولها، تعداد سلولها و الگوهای تکرار شونده و همچنین سطح مقطع استرات مورد استفاده قرار گرفته است. تابع هدف در این بهینهسازی بیشینهی کرنشی است که حین فشرده ساختن استنت برای قرارگیری در کاتتر، در آن ایجاد میشود. نتایج این بهینهسازی با مدلهای سهبعدی مقایسه شده و دقت مناسب نتایج مدل ساده شده تایید شده است. نتایج نشان میدهد که ارتفاع سلولهای میانی، عرض استرات و تعداد سلولها مهمترین عوامل موثر بر میزان بیشینهی کرنش فشردگی هستند. استنت بهینه با کرنش بیشینهی 52/0 دارای 3 سلول، 15 الگو، عرض استرات 2/0 میلیمتر، ضخامت استرات 3/0 میلیمتر و نسبت شعاعی 05/1 است. با استفاده از این چارچوب بهینهسازی میتوان پارامترهای طراحی انواع مختلف استنت را بهینه کرده و هزینهی طراحی استنتها را تا حد بسیار زیادی کاهش داد.
برهمکنش سیال و جامد در محیطهای زیستی
سعید سیری؛ ملیکه نبئی؛ ناصر فتورایی
دوره 9، شماره 3 ، آذر 1394، ، صفحه 229-241
چکیده
ﻫﺮ ارﮔﺎن ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﺣﺘﯿﺎﺟﺎت ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﯿﮏ (سوختوسازی) و ﻋﻤﻠﮑﺮدی ﺧﻮد ممکن است ﺑﻪ مقادیر متفاوتی از جریان ﺧﻮن ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ باشد؛ درنتیجه ﺗﻨﻈﯿﻢ ﺧﻮدﮐﺎر پدیدهای ﻣﻬﻢ ﻣﺤﺴﻮب میشود. ﭘﺪﯾﺪة ﺗﻨﻈﯿﻢ ﺧﻮدﮐﺎر تنش برشی بهعنوان ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ذاﺗﯽ ﯾﮏ ارﮔﺎن ﺑﺮای ﺛﺎﺑﺖ نگهداشتن شرایط همودینامیک درﻣﻘﺎﺑـﻞ ...
بیشتر
ﻫﺮ ارﮔﺎن ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﺣﺘﯿﺎﺟﺎت ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﯿﮏ (سوختوسازی) و ﻋﻤﻠﮑﺮدی ﺧﻮد ممکن است ﺑﻪ مقادیر متفاوتی از جریان ﺧﻮن ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ باشد؛ درنتیجه ﺗﻨﻈﯿﻢ ﺧﻮدﮐﺎر پدیدهای ﻣﻬﻢ ﻣﺤﺴﻮب میشود. ﭘﺪﯾﺪة ﺗﻨﻈﯿﻢ ﺧﻮدﮐﺎر تنش برشی بهعنوان ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ذاﺗﯽ ﯾﮏ ارﮔﺎن ﺑﺮای ﺛﺎﺑﺖ نگهداشتن شرایط همودینامیک درﻣﻘﺎﺑـﻞ ﺗﻐﯿﯿـﺮات ضربان قلب و فشار پرفیوژن ﺗﻌﺮﯾﻒ میشود؛ ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ ضربان قلب در ﺑﺪن، شریانها ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﺮخ ﺟﺮﯾﺎن لازم و برای ثابت نگاهداشتن نیروها و تنشهای همودینامیک، دچار اتساع ﯾﺎ اﻧﻘﺒﺎضﺷﺮﯾﺎﻧﯽ میشوند. مقالة حاضر ﺑﻪ مکانیسمهای محلی برای کنترل خودکار اختصاص دارد. مکانیسمهای تنظیمکنندة ﻣﺤﻠﯽ، ،ﻣﺎﻧﻨـﺪ اﻋﺼـﺎب ﺳـﻤﭙﺎﺗﯿﮏ و هورمونهای ﺳﯿﺎر، ﻣﺴﺘﻘﻞ از مکانیسمهای ﮐﻨﺘﺮﻟـی ﺧـﺎرﺟﯽ ﻋﻤﻞ میکنند؛ ازاﯾﻦرو میتوان آنها را اﯾﺰوﻟﻪ درﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ. همانطورﮐﻪ ذﮐـﺮ ﺷﺪ ﺗﻨﻈﯿﻢ ﺧﻮدﮐﺎر، وﯾﮋﮔﯽ ذاﺗﯽ ارگانهای ﺑﺪن اﺳﺖ و اندامهای ﺗﺤﺖ ﭘﺮﻓﯿﻮژن، ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﯿﺮ مکانیسمهای ﻋﺼﺒﯽ و ﻫﻮرﻣﻮﻧﯽ ﻗﺮار نمیگیرند. چون استفاده از شرایط مرزی صحیح در مدلسازیهای عددی اهمیت ویژهای دارد، اﺳﺘﻔﺎده از مدلسازی درﺧﺖ ﺷﺮﯾﺎﻧﯽ ﺑﺮای ﺑﻪدﺳﺖ آوردن ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺮزی ﻣﻨﺎﺳﺐ اﻣﺮی ﺿﺮوری ﺑﻪﻧﻈﺮ میرسد؛ بنابراین در مقالة حاضر ابتدا مدلی از نوع صفر بعدی (پارامتر فشرده) و گسترده ارائهشده است. سپس از این مدل برای بهدست آوردن شرایط مرزی در شریان کاروتید معمولی استفاده شده و تنظیم تنش برشی بهعنوان یکی از پراهمیتترین پارامترهای همودینامیک در مدلی سهبعدی از این شریان مدلسازی شده است. نتایج بهدستآمده نشاندهندة چگونگی تغییرات خواص مکانیکی دیواره و بنابراین ابعاد شریان برای برگرداندن مقادیر تنش برشی وارد بر دیواره به محدودة طبیعی است.