نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استادیار، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشجوی کارشناسی ارشد بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22041/ijbme.2008.13456

چکیده

جریان بازگشتی (رفلاکس) مثانه به میزنای یکی از عوامل شایع پدید آورنده بیماری های پیلونفریت و سیستیت است. اتساع میزنای، لگنچه کلیوی و کالیس ها به طور معمول در اثر رفلاکس مشاهده می شود. در این مقاله به منظور بررسی پدیده مذکور، یک مدل متقارن محوری معرفی شده است. برای مدلسازی انقباض میزنای از یک جسم صلب که با جدار خارجی میزنای برخورد دارد، استفاده شده است. معادلات اجزای محدود برای سیال و جامد با استفاده از روش تکراری نیوتن-رافسون حل شد. تاثیر کشسانی دیواره میزنای، اثر اختلاف فشار ورودی و خروجی و همچنین سرعت متوسط حرکت موج دودی شکل در طول میزنای بر دبی جریان خروجی تحلیل و اثر تعداد موج انقباض بر روابط فشار و جریان در میزنای بررسی شد. افزایش تعداد موج انقباض باعث کاهش دبی عبوری از میزنای می شود. بر اساس نتایج به دست آمده از بررسی تغییرات سرعت حرکت موج انقباض در طول مجرا، که اگر سرعت متوسط موج انقباض از مقدار حدی کمتر باشد، وجود آن تاثیر جدی بر دبی خروجی میزنای نخواهد داشت. در نهایت نشان داده شد که وجود اختلال در دریچه های مجاری ادراری، حتی با فرض شروع کم سرعت موج انقباض، بخشی از جریان بازگشتی را از خود عبور خواهند داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of effective Parameters on Flow in a Complete Model of Ureter with Peristaltic Motion

نویسندگان [English]

  • Bahman Vahidi 1
  • Nasser Fatouraee 2
  • Ali Imanparast 3

1 PhD Candidate of Biomechanics, Biomedical Engineering School, Amirkabir University of Technology

2 Assistant Professor, Biological Fluid Mechanics Research Laboratory, Department of Biomechanics, Biomedical Engineering School, Amirkabir University of Technology

3 MSc Student, Department of Biomechanics, Biomedical Engineering School, Amirkabir University of Technology

چکیده [English]

Ureter reflux is one of the prevalent factors that causes pyelonefrit and sistit syndromes. Dilatation of ureter, renal pelves and calyx are detectable with reflux. In this paper, in order to analyze this phenomenon, an axisymmetric model was introduced. We utilized a rigid body, which is in contact with the outer ureter wall to model ureter contraction. The Navier-Stokes equations are solved for the fluid and a linear elastic model is used for ureter wall structure. The finite element equations for both the structure and the fluid were solved by the Newton-Raphson iterative method. The effect of ureter wall elasticity, pressure difference between the ureter inlet and outlet and the effect of the average velocity of peristaltic wave along the length of the ureter on the ureter outlet flow rate were analyzed. Moreover, the effect of the number of contraction waves on the pressure and flow relations in the ureter was analyzed. Increase in the number of contraction waves reduced the flow passing through the ureter. The results of investigating about the contraction wave velocity variations indicated that if average velocity the contraction wave was lower than a limited magnitude, its existence did not have any considerable effect on the ureter outlet flow rate. Finally improper function of urinary tubes junctions results in the passage of a part of back flow even in the case of low velocity beginning of the contraction wave. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Peristalsis
  • Reflux
  • Urine transport
  • Contraction wave
  • Fluid structure interactions

[1]     شامخی حمیدرضا، جوان‌شیر محمدرضا، شاهرودی علمداری مهدی؛ ارولوژی عمومی اسمیت؛ نشر سماط، 1380، 222-236.

[2]     Boyarsky S., Urodynamics: Hydrodynamics of the Ureter and Renal Pelvis; Acad. Press, N. Y, 1971: 177- 198.

[3]     Thornbury J.R., and Lapides J., Effect of gravity on ureteral peristaltis human adult in the inverted position; J. Urol. 1974; 111: 465–467.

[4]     Flügge W., Stresses in Shells; Berlin: Springer; 1973.

[5]     Fung Y.C., Peristaltic Pumping: a Bioengineering Model; New York: Academic; 1971: 177-198.

[6]     Li M., and Brasseur J.G., Nonsteady Peristaltic Transport in Finite Length Tubes; J. Fluid Mech 1993; 248: 129-151.

[7]     Bykova A.A., and Regirer S.A., Mathematical Models in Urinary System Mechanics (review); Fluid Dynamics 2005; 40 (1): 221-226.

[8]     Carew E.O., and Pedley, T.J., An Active Membrane Model for Peristaltic Pumping. Pt 1. Periodic Activation Waves in an Infinite Tube; Trans. ASME: J. Biomech. Engng 1997; 119 (1): 66-76.

[9]     Bykova A.A., and Regirer S.A., Simple Model of Peristalsis in a Myogenically-Active Tube; Euromech. Colloquium 389, Book Abstrs, Graz, 1999: 68-69.

[10] Griffiths D.J., Dynamics of the Upper Urinary Tract: I. Peristaltic Flow Through a Distensible Tube of Limited Length; Phys. Med. Biol. 1987; 32 (7): 813- 822.

[11] Griffiths D.J., Constantinou C.E., Mortensen J., and Djurhuus J.C., Dynamics of the Upper Urinary Tract: II. The Effect of Variations of Peristaltic Frequency and Bladder Pressure on Pyeloureteral Pressure/Flow Relations; Phys. Med. Biol. 1987; 32 (7): 823-833.

[12] Van Loon R., Anderson P.D., van de Vosse F.N., and Sherwin S. J., Comparison of Various Fluid–Structure Interaction Methods for Deformable Bodies; Computers and Structures 2007; 85: 833-843.

[13] ADINA User Interface Primer, ADINA-F Theory and Modeling Guide ADINA R& D, Inc. September 2004.

[14] Peskin C.S., The Immersed Boundary Method; Acta Numer 2002 (11): 479–517.

[15] Peskin C.S., Flow Patterns around Heart Valves: a Numerical Method; J Comp Phys 1972 (10): 252‐71.u

[16] گانونگ ویلیام اف؛ فیزیولوژی پزشکی؛ ترجمه فرخ شادان و فرشته معتمدی، جلد دوم، انتشارات چهر، چاپ نوزدهم، 1379.