مطالعه‌ي عددي تاثير گرفتگي بر پارامترهاي هموديناميكي در شاخه LAD كرونري با روش كوپل سه بعدي - صفر بعدي

Numerical study of the effect of stenosis on the hemodynamic parameters in branch of LAD coronary using 0D/3D coupling method

گرفتگي در عروق كرونري و بيماري‌هاي قلبي - عروقي ديگر نظير آترواسكلروسيس، از دلايل عمده مرگ و مير در دنيا است. شبيه‌سازي عددي جريان خون در عروقي كه دچار گرفتگي شده است، مي‌تواند به ارزيابي پزشكي براي درمان گرفتگي كمك كند. هدف از اين مقاله، يافتن تاثير گرفتگي عروق بر روي پارامترهاي هموديناميكي با شبيه‌سازي عددي جريان خون در شاخه LAD عروق كرونري است. دامنه محاسباتي با استفاده از تصاوير CT برگرفته از قلب انسان تعيين شده است. در اين تحقيق خون، سيالي هموژن، نيوتوني و جريان خون، ضرباني فرض شده است. براي مدل‌سازي واقعي موج جريان و فشار خون، در خروجي عروق كرونري از مدل لامپ هفت الماني استفاده شده است، به عبارت ديگر مدل لامپ صفر بعدي (0D) به مدل سه بعدي (3D) كوپل شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه موج جريان محاسبه شده در عروق كرونري برخلاف جريان در آئورت، در فاز سيستول مينيمم و در فاز دياستول ماكزيمم است. هم‌چنين با افزايش درصد گرفتگي از 30 به 60 درصد در حالت فيزيكي استراحت افت جريان قابل توجهي مشاهده نمي‌شود و اين مساله با نتايج آزمايشگاهي صحت‌سنجي شده است. از طرفي نتايج نشان مي‌دهد با افزايش گرفتگي، تنش برشي متوسط زماني در ناحيه گرفتگي افزايش و در نواحي قبل و بعد از گرفتگي كاهش مي‌يابد، هم‌چنين بررسي شاخص برش نوساني نشان مي‌دهد كه در وضعيت گرفتگي 60 درصد و در شاخه اصلي پايين‌دست اين شاخص ماكزيمم مقدار خود را دارد كه نشان دهنده وجود جريان‌هاي به هم ريخته در اين ناحيه است.

Stenosis in coronary artery and the other cardiac diseases such as Atherosclerosis is a major cause of death worldwide. Numerical simulation of blood flow in arteries which have encountered stenosis can help medical evaluation. The purpose of this paper is to find the effect of arteries stenosis on the hemodynamic parameters by simulation of blood flow in LAD branch of coronary artery. The computational domain has been determined from CT images of human heart. In this study, blood is assumed to be homogeneous and Newtonian and the blood flow is assumed to be pulsatile. In order to reach more realistic modeling of flow and pressure, Seven–element lumped model has been used in coronary artery outlet, in other words the 0D and 3D models are coupled together. The results indicate that the calculated flow wave is the minimum in systolic phase and maximum in diastolic phase in coronary artery which is in contrast with Aorta. On the other hand, by increasing the stenosis percent from 30 to 60 percent, no significant drop of flow has been observed in the state of rest, and it has been validated with experimental results. The results indicate that with increasing stenosis, time average wall shear stress in the stenosis region increases, while it decreases before and after the stenosis. Also, the investigation of oscillating shear index indicates that in the state of 60% of stenosis and in the main downstream branch, it has the maximum value which is indicative of the presence of turbulent flow in this region.