برهم كنش سيال- جامد در يك مدل واقعي بيمار براي آنوريسم آيورت شكمي: تاثير مدل ماده و غيرهمگني ضخامت ديواره بر خطر پارگي

Fluid-Structure Interaction in a patient-specific abdominal aortic aneurysm: Effects of wall material model and heterogeneity on risk of rupture

پارگي آنوريسم آيورت شكميدر نتيجه مكانيزم نسبتاً پيچيدههموديناميك جريان خون و نيروهاي اعمالي در طول جداره شريان ايجاد مي شود. در پژوهش حاضر، شبيه سازي عددي جريان خون در يك مدل توليد شده از اسكن هاي سي تي آنژيوگرافي يك بيمار مبتلا به آنوريسم آيورت شكمي كه داراي ترومبوز درون مجرايي نيز است، با در نظر گرفتن برهم كنش سيال- جامد، انجام گرفته است. ديواره رگ توسط دو مدل ماده ايزوتروپيك و غيرايزوتروپيك مدل سازي شده است. به طور خاص، اين مطالعه اثر غيرهمگني ديواره شرياني را با توجه به نوع ماده ديواره بررسي مي كند. نتايج نشان مي دهند كه بر خلاف مطالعات بر مبناي محاسبات تنش جامد كه پيك فشار سيستولي را به درون مجرا اعمال مي كنند، در روش برهم كنش سيال-جامد، زمان رخداد پيك تنش ديواره در زماني بين پيك سرعت و فشار سيستولي است. همچنين نتايج نشان مي دهند كه مدل هاي ماده ايزوتروپيك بر مبناي ضخامت ديواره يكنواخت،درمقايسهبا ماده غيرايزوتروپيك بر مبناي ضخامت ديواره متغير، تنش ديواره را به گونه قابل ملاحظه اي كمتر پيش بيني مي كنند. مكان پيك تنش در تمامي مدل ها، جايي بر ديواره خلفي نزديك بيشينه قطر آنوريسم اتفاق افتاده و گستره مكاني تنش هاي بالاي ديواره در ديواره هاي با ضخامت متغير، وسيع تر است. اين امر به همراه بالاتر بودن مقادير تنش ها ، بيان مي كند كه خطر پارگي در ديواره با ضخامت متغير، بيشتر از ديواره با ضخامت يكنواخت است.

Rupture of abdominal aortic aneurysm is a result of the relatively complex hemodynamic forces that are exerted along the arterial walls. In the present study, numerical simulations of blood flow in a patient-specific model are performed employing the fluid-structure interaction method. The aneurysm model is reconstructed from CT angiographic scans from a patient diagnosed with abdominal aortic aneurysm, which also contains an intraluminal thrombus. Both isotropic and anisotropic material models are considered for arterial wall. In particular, the effects of arterial wall heterogeneity with respect to its material model are examined. Results indicate that unlike the computational solid stress method, which exerts the peak systolic pressure to the inner surface of the arterial wall, FSI method predicts the time of peak wall stress between the times of peak systolic velocity and pressure. Results also indicate that the isotropic material model with uniform wall thickness as compared to the anisotropic material model with variable wall thickness significantly underestimate wall stresses. The peak wall stress in all models are located somewhere on the posterior wall near the maximum diameter of AAA and the extent of the region of higher wall stresses are larger in models with variable wall thickness as compared to the uniform wall thickness. This fact along with the higher values of wall stress for variable wall thickness models, increase the rupture risk of the variable wall thickness model as compared to the models with uniform wall thickness.