CFD analysis of hemodynamics in idealized abdominal aorta-renal artery junction: preliminary study to locate atherosclerotic plaque

Abstract

Атеросклеротические заболевания, такие как атеросклероз сонной артерии и хронические болезни почек, являются основными причинами смерти во всем мире. Возникновение таких атеросклеротических болезней в артериях зависит от сложной динамики кровотока и ряда гемодинамических параметров. Атеросклероз почечных артерий приводит к уменьшению артериальной эффективности и в конечном счете приводит к почечной артериальной гипертензии. В данной работе делается попытка определить локализацию атеросклеротической бляшки в брюшной аорте человека в окрестности соединения с почечной артерией с использованием средств вычислительной гидродинамики (CFD). Области, подверженные атеросклерозу, в идеализированном соединении брюшной аорты и почечной артерии человека определяются в результате вычислений некоторых гемодинамических показателей. При вычислениях используется точная реологическая модель крови человека, предложенная Yeleswarapu. Кровоток вычисляется в трехмерной модельной области соединения артерий с использованием пакета ANSYS FLUENT v18.2. Вычисленные гемодинамические показатели представляют собой среднее значение напряжения сдвига на стенке сосуда (AWSS), колебательный сдвиговый индекс (OSI) и относительное время задержки (RRT). Моделирование пульсирующего течения (f = 1.25 Гц, Re = 1000) показывает, что малое значение AWSS и высокий индекс OSI возникают в областях почечной артерии вниз по течению от соединения и в инфраренальном отделе брюшной аорты вблизи соединения. Высокий RRT, который является относительным индексом и зависит как от AWSS, так и OSI, как показано в данной работе, сочетается с низким AWSS и высоким OSI в краниальной части поверхности почечной артерии, проксимальной около соединения и на латеральной поверхности вблизи бифуркации брюшной аорты: это указывает, что эти области наиболее всего подвержены атеросклерозу. Результаты качественно соответствуют литературным данным. Они могут служить начальным этапом исследований и иллюстрировать пользу средств вычислительной гидродинамики (CFD) для определения местоположения атеросклеротической бляшки. Ключевые слова: брюшная аорта, атеросклероз, гемодинамические показатели, почечная артерия, модель Yeleswarapu Работа М. Аминуддина поддержана стипендией MHRD для научных исследований, проводимых под руководством Индийского технологического института Хайдарабад. Предварительные результаты были представлены на конференции IHMTC-2017 (24-я национальная и 2 международная конференция по тепло-и массапереносу), Хайдарабад, Индия.

A vérnyomás hatása a veseartéria áramlástani jellemzőire egészséges és fél vese esetén

“…Számos tanulmány hatékonyan kihasználja a végeselemes szimuláció előnyeit a hemodinamika területén. A megfelelően végrehajtott végeselemes áramlástani szimuláció hatékony eszköz in vivo mérhetetlen értékek meghatározásához (8)(9)(10).…”

Optimal Renal Artery-Aorta Angulation Revealed by Flow Simulation

“…Several studies have been based on hemodynamic simulation effectively utilizing its benefits. Finite-element simulation, if conducted properly, is a powerful tool used in calculating immeasurable values such as wall shear stress [13] , pressure gradients [14] , flow rate and flow split [15] , velocity magnitude, distribution, and profiles.…”

Comparison of Non-Newtonian Models of One-Dimensional Hemodynamics

“…In many works, models with two asymptotic values of dynamic viscosity, corresponding to infinitely small and infinitely large shear rates, are used. The examples of such models are: Carreau model [9,[16][17][18][19][20]22,24,[27][28][29][30][31]; Carreau-Yasuda model [9,17,18,22,23,25,27,[31][32][33]; Cross model [9,16,17,20,27,34,35]; Simplified Cross model [9,16,36]; Modified Cross model [9,16,22,27,36]; and Yeleswarapu model [37][38][39][40]. In [16], models of such types are applied to the simulation of blood flow in atherosclerotic coronary arteries, and results are compared with clinical measurements.…”