مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی اثر درصد و موقعیت گرفتگی بر همودینامیک دوشاخگی شریان کرونری چپ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
فاطمه نیک‌نژاد 1
ناصر فتورائی 2
ملیکه نبئی 2
1 گروه بیومکانیک، دانشکده علوم و فناوری‌های پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 آزمایشگاه تحقیقاتی دینامیک سیالات بیولوژیکی، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران
چکیده
شریان‌های کرونری به‌دلیل تغذیه قلب، نقش حیاتی دارد و در صورت ایجاد گرفتگی در آنها فرد با خطر ابتلا به سکته قلبی مواجه می‌شود. بیماری شریان کرونری، بیماری پیش‌رونده‌ای است که با تجمع ذرات چربی روی دیواره شریان‌، ایجاد و در ادامه منجر به ضخیم‌شدن دیواره و تشکیل لایه‌هایی از پلاک روی دیواره شریان و در نهایت ایجاد گرفتگی می‌شود. در پژوهش حاضر، به‌منظور دریافت اثر درصد و موقعیت گرفتگی بر الگوی توزیع جریان و تنش برشی و در پی آن پیشرفت پلاک‌های آتروسکلروتیک، شریان کرونری چپ و انشعابات اصلی آن یعنی شریان نزولی قدامی و شریان محیطی در شرایط مختلف گرفتگی براساس دسته‌بندی مدینا، درصد گرفتگی‌های ۵۰ و ۷۵% و سه موقعیت مختلف قرارگیری پلاک‌گرفتگی نسبت به مرکز انشعاب، مدل‌سازی شد. طبق نتایج به‌دست‌آمده، مقادیر تنش برشی و درصد جریان ورودی به شاخه جانبی با افزایش درصد گرفتگی کاهش یافتند. به‌عنوان نمونه در مدینای (۱,۱,۱)، دبی ورودی به شاخه جانبی در گرفتگی ۵۰%، به میزان ۴۱% دبی شاخه‌ اصلی و در گرفتگی ۷۵%، به میزان ۳۷% دبی شاخه اصلی به دست آمد. مقادیر تنش برشی در گرفتگی ۷۵% کمتر از یک و حتی ۵/۰پاسکال و در محدوده بحرانی قرار دارند. با افزایش فاصله پلاک از مرکز انشعاب، تنش برشی و نسبت دبی شاخه جانبی افزایش می‌یابد و احتمال توسعه پلاک کاهش می‌یابد. بر مبنای روند توسعه پلاک‌گرفتگی، مدینای نوع (۱,۰,۱) دارای بالاترین احتمال برای رشد پلاک‌های آتروسکلروتیک و انسداد کامل رگ نسبت به انواع دیگر مدینا است.
کلیدواژه‌ها
دوشاخگی شریان کرونری
شاخه جانبی
گرفتگی رگ
نسبت جریان
تنش برشی دیواره

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Evaluation of the Effect of Percentage and Location of Stenosis on the Hemodynamic Bifurcation of the Left Coronary Artery

نویسندگان English

F. Niknejad 1
N. Fatouraee 2
M. Nabaei 2
1 Biomechanics Department, Science and Technology in Medicine Faculty, Science & Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Biomedical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
چکیده English

Coronary arteries play a vital role in heart nutrition, and if they get stenosis, they will be at risk of developing a heart attack. Coronary artery disease is a progressive disease that is caused by the accumulation of fat particles on the wall of the arteries, leading to thickening of the wall and the formation of layers of plaque on the wall of the arteries and ultimately causing stenosis. In the present study, in order to obtain the effect of percentage and position of stenosis on the pattern of flow and WALL SHEAR STRESS distribution, followed by the progression of atherosclerotic plaques, left coronary artery and its main branches, the anterior and anterior artery, in different conditions according to Medina classification, 50 and 75%, and three different positions of lesion locations based on their distance from carina relative to the center of the branching were modeled. According to the results, WALL SHEAR STRESS and flow ratio and the percentage of inflow into the lateral branch decreased with increasing percentage of stenosis. For example, in Medina type (1.1.1), in 50% diameter stenosis, the flow ratio was 41% of the main branch and it was 37% in 75% diameter stenosis. WALL SHEAR STRESS values are less than 1, even 0.5 Pascal and in critical range in 75% diameter stenosis. Increasing the spacing of the plaque from the center of the branch, the WALL SHEAR STRESS and lateral branch flow ratio increase, and the likelihood of the expansion of the plaque decreases. Based on the development of stenosis severity, modal type (1.0.1) has the highest probability of developing atherosclerotic plaques and total vein occlusion compared to other types of medina.

کلیدواژه‌ها English

Coronary Artery Bifurcation
Side Branch
Stenosis
Flow ratio
Wall shear stress
Glagov S, Zarins C, Giddens DP, Ku DN. Hemodynamics and atherosclerosis. Archives of Pathology and Laboratory Medicine. 1988;112(10):1018-1031. [Link]
Gimbrone MA, Topper JN, Nagel T, Anderson KR, Garcia-Carde-a G. Endothelial dysfunction, hemodynamic forces, and atherogenesis. Annals of the New York Academy of Sciences Banner. 2000;902(1):230-240. [Link] [DOI:10.1111/j.1749-6632.2000.tb06318.x]
Ellis SG, Holmes DR. Strategic approaches in coronary intervention. 3rd Edition. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2006. [Link]
Darling D. Coronary artery [Internet]. Manchester: David Darling; 2016 [2017 Oct 16]. Available from: http://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/coronary_artery.html [Link]
Medina A, De Lezo JS, Pan M. A simple classification of coronary lesions in bifurcation. Revista Espa-ola De Cardiología. 2006;59(2):183. [Spanish] [Link]
Chaichana T, Sun Z, Jewkes J. Computational fluid dynamics analysis of the effect of plaques in the left coronary artery. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2012;2012:504367. [Link] [DOI:10.1155/2012/504367]
Binu LS, Sukesh Kumar A. Simulation of left main coronary bifurcation lesions using 3D computational fluid dynamics model and its comparison with 2D. Proceedings of the World Congress on Engineering, 4-6 July, 2012, London, UK. 2012. p. 631-637. [Link]
Molavi Zarandi M, Mongrain R, Bertrand OF. Determination of flow conditions in coronary bifurcation lesions in the context of the medina classification. Modelling and Simulation in Engineering. 2012;2012;419087. [Link]
Frattolin J, Molavi Zarandi M, Pagiatakis C, Bertrand OF, Mongrain R. Numerical study of stenotic side branch hemodynamics in true bifurcation lesions. Computers in Biology and Medicine. 2015;57:130-138. [Link] [DOI:10.1016/j.compbiomed.2014.11.014]
Kamangar S, Badruddin IA, Govindaraju K, Nik-Ghazali N, Badarudin A, Viswanathan GN, et al. Patient-specific 3D hemodynamics modelling of left coronary artery under hyperemic conditions. Medical and Biological Engineering and Computing. 2017;55(8):1451-1461. [Link] [DOI:10.1007/s11517-016-1604-8]
Bovendeerd PHM, Borsje P, Arts T, Van De Vosse FN. Dependence of intramyocardial pressure and coronary flow on ventricular loading and contractility: A model study. Annals of Biomedical Engineering. 2006;34(12):1833-1845. [Link] [DOI:10.1007/s10439-006-9189-2]
Verburg M. A lumped parameter model of coronary flow to analyze time intensity curves extracted from angiograms [Internet]. Eindhoven: Philips Research; 2007 [2016 Dec 8]. Available from: http://www.mate.tue.nl/mate/pdfs/8549.pdf [Link]
Ahmed SA, Giddens DP. Velocity measurements in steady flow through axisymmetric stenoses at moderate Reynolds numbers. Journal of Biomechanics. 1983;16(7):505-516. [Link] [DOI:10.1016/0021-9290(83)90065-9]
Thomas B, Sumam KS. Blood flow in human arterial system-A review. Procedia Technology. 2016;24:339-346. [Link] [DOI:10.1016/j.protcy.2016.05.045]
Dolan JM, Kolega J, Meng H. High wall shear stress and spatial gradients in vascular pathology: A review. Annals of Biomedical Engineering. 2013;41(7):1411-1427. [Link] [DOI:10.1007/s10439-012-0695-0]
Amili O, Fatouraee N. A study on the displacement of low density lipoproteins (LDL) in the carotid artery bifurcation by computational fluid dynamics method. 12th Iranian Conference on Biomedical Engineering, 15 November, 2005, Tabriz. Tehran: Civilica; 2005. [Persian] [Link]
Zarins CK, Giddens DP, Bharadvaj BK, Sottiurai VS, Mabon RF, Glagov S. Carotid bifurcation atherosclerosis. Quantitative correlation of plaque localization with flow velocity profiles and wall shear stress. Circulation Research. 1983;53(4):502-514. [Link] [DOI:10.1161/01.RES.53.4.502]
Fox B, James K, Morgan B, Seed A. Distribution of fatty and fibrous plaques in young human coronary arteries. Atherosclerosis. 1982;41(2-3):337-347. [Link] [DOI:10.1016/0021-9150(82)90198-8]
Davies PF. Hemodynamic shear stress and the endothelium in cardiovascular pathophysiology. Nature clinical practice Cardiovascular medicine. 2008;6(1):16-26. [Link] [DOI:10.1038/ncpcardio1397]
Wiwatanapataphee B, Wu YH, Siriapisith T, Nuntadilok B. Effect of branchings on blood flow in the system of human coronary arteries. Mathematical Biosciences and Engineering. 2012;9(1):199-214. [Link] [DOI:10.3934/mbe.2012.9.199]
Samady H, Eshtehardi P, McDaniel MC, Suo J, Dhawan SS, Maynard C, et al. Coronary artery wall shear stress is associated with progression and transformation of atherosclerotic plaque and arterial remodeling in patients with coronary artery disease. Circulation. 2011;124(7):779-788. [Link] [DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.111.021824]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 3
اسفند 1397
صفحه 743-752