نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 دانشیار، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)

4 استاد، بخش بافت شناسی، دانشگاه علوم پزشکی زاهدان

10.22041/ijbme.2012.13102

چکیده

پارامترهای همودینامیک جریان خون همواره متأثر از میزان شدت گرفتگی شریان و از عوامل تأثیرگذار بر پیشرفت بیماری گرفتگی شریانی هستند. در این مقاله، با در نظر گرفتن سه شدت گرفتگی متفاوت به بررسی عددی اثر نفوذپذیری دیواره شریان بر پارامترهای همودینامیک در یک مدل شریان گرفته شده، با دیواره دو لایه‌ای انعطاف‌پذیر و با حضور جریان ضربانی و غیر نیوتنی خون با استفاده از مدل حل عددی برهمکنش سیال و جامد متخلخل (PFSI) پرداخته شده است. در این بررسی نشان داده شد که فرض نفوذپذیری بر پارامترهای همودینامیک بسیار تأثیرگذار است، به طوری که در مقایسه نتایج مدل PFSIبا نتایج مدل بدون فرض نفوذپذیری دیواره با استفاده از حل برهمکنش سیال و جامد (PFSI) ، تنش برشی دیواره حدود 6 % کاهش، جابجایی دیواره حدود 30% و تنش مؤثر در دیواره متخلخل و انعطاف‌پذیر شریان بیش از 72 % در شدت‌های گرفتگی مختلف افزایش داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effects of the Wall Porosity on the Hemodynamic Parameters of a Stenosed Carotid Artery under Pulsatile Blood Flow Conditions with a two-layer Flexible Wall

نویسندگان [English]

  • Saeed Nahidi 1
  • Alireza Hossein-Nezhad 2
  • Nasser Fatouraee 3
  • Zahra Heidari 4

1 M.Sc, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan

2 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan

3 Associate Professor, Biological Fluid Mechanics Research Laboratory, Biomedical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology

4 Professor, Division of Histology, Faculty of Medicine, Zahedan University of Medical Sciences and Health Services, Zahedan, Sistan and Baluchestan

چکیده [English]

Hemodynamic parameters are always affected by stenosis severity of arterial and these parameters in their turn have influence on the development of atherosclerosis. In this paper, By considering three different stenosis severity, the effects of wall porosity assumption on the hemodynamic parameters of a stenosed artery  with a two-layer flexible wall (intima-media, adventitia), in which inner layer (intima-media) assumed porous, is numerically investigated, using Porous Fluid Structure Interaction (PFSI) model. Blood is assumed as an incompressible non-Newtonian fluid with pulsatile flow condition. In this investigation, the results show that the permeability assumption has much influenced on the hemodynamic characteristics so that the comparison of the results using PFSI with those of a non-porous model show 6% decrease in shear stress, 30% increase in displacement and more than 72%  increase in effective stress in the porous layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous Fluid Structure Interaction (PFSI)
  • Hemodynamic Parameters
  • Infiltration
  • wall porosity
  • stenosis arterial
  • Atherosclerosis

[1] Bathe, M., Kamm, R. D., A Fluid-Structure Interaction Finite Element Analysis of Pulsatile Blood Flow Through a Compliant Stenotic Artery; ASME J. of Biomechanical Engineering, 1999; 121: 361–369.

[2] Tang, D., Kobayashi, S., Zheng, J., Effect of Stenosis Asymmetry on Blood Flow and Artery Compression: A Three- Dimensional Fluid Structure Interaction Model; Annals of Biomedical Engineering, 2003; 31(10): 1182–1193.

[3] Chen, C. X., Ding, Y., Gear, J. A., Blood flow in stenosed arteries using two way, Fluid-Structure Interaction; ANZIAM J., 2010; 51:C586-C611.

[4] Khanafer, K., Berguer, R., Fluid–structure interaction analysis of turbulent pulsatile flow within a layered aortic wall as related to aortic dissection; J. of Biomechanics, 2009; 42: 2642-2648.

[5] Valencia, A., Baeza, F., Numerical simulation of fluid–structure interaction in stenotic arteries considering two layer nonlinear anisotropic structural model; International Communications in Heat and Mass Transfer, 2009; 36:142-137.

[6] Amornsamankul, S., Wiwatanapataphe, B., Hong Wu, Y., Lenbury, Y., Effect of Non-Newtonian Behaviour of Blood on Pulsatile Flows in Stenotic Arteries; Int. J. Biomedical Sciences,  2001;1.

[7] Yang, N., Vafai, K., Modeling of low-density Lipoprotein (LDL) transport in The artery-effects of hypertension; Int. J. of Heat and Mass Transfer, 2006;49: 850–867.

[8] Chung, S, Vafai, K., Low-density lipoprotein transport within a multi-layered arterial wall:  Effect of the atherosclerotic plaque / stenosis; J. Biomech., 2013; 46: 574–585.

[9] Ayyalasomayajula, J. P., Geest, V., Simon, B. R., Porohyperelastic Finite Element Modeling of Abdominal Aortic Aneurysms; J. of Biomechanical Engineering, 2010; 132: 104502–8.

[10] Chung, S, Vafai, K., Effect of the fluid–structure interactions on low-density lipoprotein transport with in a Multi-layered arterial wall; J. Biomech., 2012; 45: 371-81.

[11] ADINA R & D, Inc., Theory and modeling guide, 2008