ارايه مدل سه بعدي اصلاح شده بدون فشار براي تحليل رفتار ساختاري غيرخطي دريچه آيورت قلب انسان در شرايط ديناميكي

A 3D Unpressurized Model for Non Linear Dynamic Analysis of Human Aortic Valve in Dynamic Condition

شبيهسازي دريچه آيورت به دليل ساختار آناتوميك پيچيده و خواص مكانيكي غيرخطي و شرايط بارگذاري وابسته به زمان از جمله مسايل مهم مورد توجه مدلسازي در حيطه بيومكانيك است. از طرف ديگر شبيهسازي مناسب عملكرد اين دريچه در مطالعه رفتار، تشخيص بيماري و ترميم احتمالي آن نقش بهسزايي دارد. هدف اصلي اين مطالعه يكسو سازي ويژگي‌هاي مهم فيزيولوژيكي و شبيهسازي ساختاري واقعي دريچه آيورت قلب صورت مي‌باشد. براي اين منظور يك مدل هندسه بدون فشار مناسب با استفاده از داده آناتوميك توسعه يافته و شبيهسازي اجزاي محدود صريح ديناميكي از دريچه طبيعي آيورت انسان با در نظر گرفتن رفتار ماده به دو صورت الاستيك خطي و هايپرالاستيك غير خطي براي ليف لت ها و بافت دريچه مورد بررسي قرار گرفته كه شرايط بارگذاري آن از حالت بدون فشار آغاز شده است. مشاهده شد كه اگرچه الگوي تنش كرنش مشابهي در دو مدل خطي و غيرخطي بر روي دريچه آيورت در طول سيكل قلبي ايجاد مي‌شود اما طبيعت هايپرالاستيك بافت دريچه در توزيع مناسب تر تنش و كاهش كرنش تاثير به سزايي در ديناميك حركت دريچه از حالت سيستوليك به دياستوليك دارد. همچنين مقادير تغيير شكل مربوط به ديواره دريچه آيورت در دو مدل خطي و غير خطي نسبت به تغيير شكل ليف لت‌ها بسيار متفاوت بوده و اهميت مدلسازي هايپرالاستيك را براي بافت دريچه نمايان مي‌كند. اثر تجربه محيط يا مانورهاي با شتاب زياد بر رفتار ديناميكي دريچه نيز بررسي شده است.

Aortic Valve simulation remains a controversial topic as a result of its complex anatomical structure and mechanical characteristics such as material properties and time-dependent loading conditions. This study aims to integrate physiologically important features into a realistic structural simulation of the aortic valve. A finite element model of the natural human aortic valve was developed considering Linear Elastic and Hyperelastic material properties for the leaflets and aortic tissues and starting from the unpressurized geometry. It has been observed that although similar stress-strain patterns were generated on Aortic Valve for both material properties, the hyperelastic nature of valve tissue can distribute stress smoothly and with lower strain during the cardiac cycle. The deformation of the aortic root can play a prominent role as its compliance changed significantly throughout cardiac cycle. Furthermore, dynamics of the leaflets can reduce stresses by affecting geometries. The highest values of stress occurred along the leaflet attachment line and near the commissure during diastole. The effects of high +G acceleration on the performance of valve, valve opening and closing characteristics, and equivalent Von Mises stress and strain distribution are also investigated.