نشریه‌ی علمی مهندسی پزشکی زیستی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اخبار و اعلانات

مطالعه‌ی اثر منحنی شعاعی لت روی عمل‌کرد دریچه‌ی پلیمری به روش المان محدود

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 استاد، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 دانشیار، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

4 دانشیار، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22041/ijbme.2022.538149.1719

چکیده

هندسه‌ی لت‌ها در طراحی دریچه‌های مصنوعی نقش مهمی ایفا می‌کند. یک دریچه‌ی مناسب از لحاظ عمل‌کردی باید سطح روزنه‌ی هندسی بالایی داشته باشد و حداقل برگشت جریان خون در آن اتفاق افتد. در این مقاله با در نظر گرفتن منحنی شعاعی و منحنی لبه‌ی آزاد لت‌ها به عنوان پارامترهای هندسی، تعدادی دریچه طراحی شده و هندسه‌ی لت‌ها برای یکی از مدل‌ها بر اساس یک منحنی شعاعی پیشنهادی پیاده‌سازی شده که این منحنی شامل دو خط راست و قوسی واقع شده در بین آن‌ها است. خواص مکانیکی پلیمر پلی‌استایرن به لت‌ها اختصاص داده شده و مدل هایپرالاستیک مونی-ریولین برای توصیف رفتار مکانیکی پلیمر به کار برده شده است. با استفاده از روش المان محدود، پارامترهایی مانند بیشینه‌ی سطح روزنه‌ی هندسی، سطح روزنه‌ی هندسی باقی‌مانده در حالت بسته، تنش فون-میزس و به‌هم‌رسی لت‌ها در حالت کاملا باز و بسته‌ی دریچه‌ها ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده برای دریچه‌ها با هم مقایسه شده و نشان داده شده که دریچه‌ی با منحنی شعاعی پیشنهادی عمل‌کرد بهتری داشته است. بیشینه‌ی سطح روزنه‌ی هندسی 1/69%، عرض به‌هم‌رسی 6/2 میلی‌متر و تنش بیشینه‌ی فون-میزس 921/0 مگاپاسکال در حالت بسته و 731/0 مگاپاسکال در حالت باز ثبت شده است. اهمیت منحنی شعاعی در طراحی هندسه‌ی لت‌ها و به ویژه در به‌هم‌رسی کاملا مشهود بوده و هر چه این منحنی به سمت خط راست تمایل پیدا کند سطح روزنه‌ی هندسی افزایش یافته و در مقابل به‌هم‌رسی لت‌ها ضعیف می‌شود. طرح پیشنهادی منحنی شعاعی، تعادلی بین این دو پارامتر برقرار کرده است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling of polymeric valves ...

نویسندگان [English]

  • Nima Sarrafzadeh Ghadimi 1
  • Farzan Ghalichi 2
  • Hanieh Niroomand-Oscuii 3
  • Nasser Fatouraee 4

1 Ph.D. Student, Biomedical Engineering Department, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

2 Professor, Biomedical Engineering Department, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

3 Associate Professor, Biomedical Engineering Department, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

4 Associate Professor, Biomedical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Considering the common diseases that occur in the heart valves, it is possible that these valves can be replaced with artificial valves. This article examines different types of polymeric valves for the possibility of replacement in the human body. Different models are compared and the optimal valve is presented. For complete information, refer to the text of the article.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymeric
  • Design
  • Radial
  • Geometrical Area
مراجع
  1. N. Ghista, “Toward an optimum prosthetic trileaflet aortic-valve design,” Med. Biol. Eng., vol. 14, no. 2, Mar. 1976, doi: 10.1007/BF02478737.
  2. Généreux et al., “Transcatheter aortic valve implantation 10-year anniversary: review of current evidence and clinical implications,” Eur. Heart J., vol. 33, no. 19, pp. 2388–2398, 2012.
  3. L. Li et al., “Mechanical considerations for polymeric heart valve development: Biomechanics, materials, design and manufacturing,” Biomaterials, vol. 225. Elsevier Ltd, p. 119493, Dec. 01, 2019, doi: 10.1016/j.biomaterials.2019.119493.
  4. B. Roe and D. Moore, “Design and fabrication of prosthetic valves,” Exp. Med. Surg., vol. 16, no. 2–3, pp. 177–182, 1958.
  5. N. Ghista and H. Reul, “Optimal prosthetic aortic leaflet valve: Design parametric and longevity analyses: Development of the avcothane-51 leaflet valve based on the optimum design analysis,” J. Biomech., vol. 10, no. 5–6, pp. 313–324, Jan. 1977, doi: 10.1016/0021-9290(77)90004-5.
  6. B. Wisman, W. S. Pierce, J. H. Donachy, W. E. Pae, J. L. Myers, and G. A. Prophet, “A polyurethane trileaflet cardiac valve prosthesis: In vitro and in vivo studies,” Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs, vol. 28, no. 1, pp. 164–168, 1982, Accessed: Feb. 06, 2021. [Online]. Available: https://pennstate.pure.elsevier.com/en/publications/a-polyurethane-trileaflet-cardiac-valve-prosthesis-in-vitro-and-i.
  7. E. Leat and J. Fisher, “A synthetic leaflet heart valve with improved opening characteristics,” Med. Eng. Phys., vol. 16, no. 6, pp. 470–476, Nov. 1994, doi: 10.1016/1350-4533(94)90071-X.
  8. G. Mackay, D. J. Wheatley, G. M. Bernacca, A. C. Fisher, and C. S. Hindle, “New polyurethane heart valve prosthesis: Design, manufacture and evaluation,” Biomaterials, vol. 17, no. 19, pp. 1857–1863, Oct. 1996, doi: 10.1016/0142-9612(95)00242-1.
  9. R. Labrosse, K. Lobo, and C. J. Beller, “Structural analysis of the natural aortic valve in dynamics: From unpressurized to physiologically loaded,” J.Biomech.,vol.43, no. 10,Jul.2010, 10.1016/j.jbiomech.2010.03.020.
  10. H. Gharaie and Y. Morsi, “A Novel Design of a Polymeric Aortic Valve,” Int. J. Artif. Organs, vol. 38, no. 5, May 2015, doi: 10.5301/ijao.5000413.
  11. Dabiri, J. Ronsky, I. Ali, A. Basha, A. Bhanji, and K. Narine, “Effects of leaflet design on transvalvular gradients of bioprosthetic heart valves,” Cardiovasc. Eng. Technol., vol. 7, no. 4, pp. 363–373, 2016.
  12. Mohammadi, D. Goode, G. Fradet, and K. Mequanint, “Proposed percutaneous aortic valve prosthesis made of cryogel,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part H J. Eng. Med., vol. 233, no. 5, May 2019, doi: 10.1177/0954411919837302.
  13. Pfensig et al., “Assessment of heart valve performance by finite-element design studies of polymeric leaflet-structures,” Curr. Dir. Biomed. Eng., vol. 3, no. 2, pp. 631–634, 2017.
  14. Utku Gulbulak, A. Ertas, T. B. Baturalp, and T. Pavelka, “The effect of fundamental curves on geometric orifice and coaptation areas of polymeric heart valves,” J. Mech. Behav. Biomed. Mater., vol. 112, p. 104039, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.jmbbm.2020.104039.
  15. De Kerchove et al., “Free margin length and coaptation surface area in normal tricuspid aortic valve: An anatomical study,” Eur. J. Cardio-thoracic Surg., vol. 53, no. 5, pp. 1040–1048, May 2018, doi: 10.1093/ejcts/ezx456.
  16. Li and W. Sun, “Simulated transcatheter aortic valve deformation: A parametric study on the impact of leaflet geometry on valve peak stress,” Int. j. numer. method. biomed. eng., vol. 33, no. 3, Mar. 2017, doi: 10.1002/cnm.2814.
  17. Serrani et al., “A Computational Tool for the Microstructure Optimization of a Polymeric Heart Valve Prosthesis,” J. Biomech. Eng., vol. 138, no. 6, Jun. 2016, doi: 10.1115/1.4033178.
  18. Brubert, S. Krajewski, H. P. Wendel, S. Nair, J. Stasiak, and G. D. Moggridge, “Hemocompatibility of styrenic block copolymers for use in prosthetic heart valves,” J. Mater. Sci. Mater. Med., vol. 27, no. 2, Feb. 2016, doi: 10.1007/s10856-015-5628-7.
  19. Thubrikar, L. P. Bosher, and S. P. Nolan, “The mechanism of opening of the aortic valve,” J. Thorac. Cardiovasc. Surg., vol. 77, no. 6, pp. 863–870, 1979.
  20. Thubrikar, W. C. Piepgrass, T. W. Shaner, and S. P. Nolan, “The design of the normal aortic valve,” Am. J. Physiol. Circ. Physiol., vol. 241, no. 6, pp. H795–H801, 1981.
  21. Luraghi, F. Migliavacca, and J. F. Rodriguez Matas, “Study on the Accuracy of Structural and FSI Heart Valves Simulations,” Cardiovasc. Eng. Technol., vol. 9, no. 4, pp. 723–738, Dec. 2018, doi: 10.1007/s13239-018-00373-3.
  22. E. Hall and M. E. Hall, Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book. Elsevier Health Sciences, 2020.
  23. Li and W. Sun, “Simulated Thin Pericardial Bioprosthetic Valve Leaflet Deformation Under Static Pressure-Only Loading Conditions: Implications for Percutaneous Valves,” Ann. Biomed. Eng., vol. 38, no. 8, Aug. 2010, doi: 10.1007/s10439-010-0009-3.
  24. J. Thubrikar, J. D. Deck, J. Aouad, and S. P. Nolan, “Role of mechanical stress in calcification of aortic bioprosthetic valves,” J. Thorac. Cardiovasc. Surg., vol. 86, no. 1, pp. 115–125, 1983.
  25. M. Bernacca, T. G. Mackay, R. Wilkinson, and D. J. Wheatley, “Calcification and fatigue failure in a polyurethane heart valve,” Biomaterials, vol. 16, no. 4, pp. 279–285, 1995.
  26. Brubert, “A novel polymeric prosthetic heart valve: design, manufacture, and testing,” University of Cambridge, 2016.
  27. Borowski et al., “Fluid-structure interaction of heart valve dynamics in comparison to finite-element analysis,” Curr. Dir. Biomed. Eng., vol. 4, no. 1, pp. 259–262, 2018.
نشریه‌ی علمی مهندسی پزشکی زیستی
دوره 15، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 299-312
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 13 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 10 فروردین 1401
  • تاریخ پذیرش: 27 فروردین 1401
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار