fluid-structure interaction
در نشریات گروه مهندسی پزشکی-
افزایش بیماری های قلبی-عروقی سبب شده است که محققان، بیشتر از پیش به بررسی جریان در عروق خونی بپردازند. در این مقاله، اثر الاستیسیته دیواره شریان بر پارامترهای همودینامیکی با در نظر گرفتن تعامل خون و دیواره رگ بررسی شد. تنش برشی روی دیواره در زمان های متفاوت، تغییر می کند و به تنهایی قادر به بیان گرفتگی عروق نمی باشد؛ از این رو شاخص برش نوسانی، تنش برشی را بدون در نظر گرفتن میانگین زمانی بردار تنش برشی بیان می کند. در این مطالعه، یک مدل سه بعدی از دوشاخه شدن کرونر چپ همراه با چهار مدل دیواره، در نظر گرفته شد. نتایج در یک جریان ضربانی از سیال غیرنیوتنی به روش کوپلینگ دو طرفه و با استفاده از روش اویلر-لاگرانژی اختیاری محاسبه شد. مشاهدات حاکی از کاهش 13 درصدی پروفیل های سرعت در محل دو شاخه شدن است، که در مدل هایپرالاستیک به بیشترین میزان اختلاف می رسد. همچنین با افزایش سفتی در دیواره، پروفیل های سرعت و نوسانات تنش برشی روی دیواره افزایش یافت. تنش برشی متوسط در مدل صلب، اختلاف 28 درصدی را در مقایسه با مدل هایپرالاستیک نشان داد. مقایسه این نتایج با اطلاعات بالینی نشان داد که مناطقی با تنش برشی متوسط 1.10 Pa و کمتر از آن، در حضور شاخص برش نوسانی بیشتر از 0.3، می تواند از مناطق پر خطر در تشکیل پلاک های آترواسکلروز، به ویژه در ناحیه خلفی بعد از انشعاب، باشد؛ در حالی که در مدل هایپرالاستیک نسبت به دیگر مدل ها، نتایج بهتری مشاهده شد.کلید واژگان: تعامل سیال- سازه، پارامترهای همودینامیکی، غیرنیوتنی، کرونر چپIncreasing the cardiovascular disease had led to the researchers to investigate the blood flow more than before. In this article the effects of artery elasticity on hemodynamic parameters with concerning the interaction between blood and the vessels wall had been investigated. The wall shear stress had changed with different times and cannot send the congestion of the vessels. From this point the oscillatory shear index had been said the shear stress without the time average. In this study a 3D model from the left coronary bifurcation with 4 models of wall had been investigated. The result from a pulsatile flow from a non-newtonian flow with the method of two ways coupling by using the method of arbitrary LagrangianEulerian had been calculated. The observation had showed a 13 percent decreasing in the profile of velocities at the bifurcation place in that in the hyperelastic model had the highest subtraction. Also by increasing the toughness of the wall the velocity profile and oscillator shear stress were increased. The average shear stress in the model of rigid had showed the 28 percent difference in comparison with the hyperelastic model. By comparing the results with clinical data showed that, the places with average shear stress 1.10 pa and less than that with presenting the oscillatory shear index is more than 0.3 that can be a potential dangerous places in forming atherosclerosis oscillatory shear index plaque especially in the posterior after the bifurcation. Meanwhile in the hyperelastic model the results are more precise than the other models.Keywords: Fluid Structure Interaction, Hemodynamic Parameters, Non-Newtonian, Left Coronary
-
بررسی تحریکات مکانیکی موثر بر سلول بنیادی در شرایط طبیعی بدن و همچنین شرایط کشت آزمایشگاهی، موضوعی بسیار مهم در جهت دستیابی به توانایی کنترل بر رفتار و پاسخ های سلولی همچون رشد، تکثیر و تمایز می باشد. در مورد عوامل بیومکانیکی دخیل در این پدیده پژوهش های فراوانی انجام شده و امروزه ثابت شده است که عواملی همچون، مورفولوژی سلول، آرایش اجزای زیرسلولی، هندسه ی داربست، سختی بسترو تحریک مکانیکی اعمالی از جانب بستر و یا جریان سیال تاثیر بسزایی در پاسخ های سلولی دارند. در پژوهش حاضر سعی شده است تا با استفاده از روش تحلیل اجزای محدود، یکی از این عوامل مهم در تحریکات مکانیکی موثر بر سلول بنیادی مزنشیمال یعنی اثر سختی و ضخامت بستر و پاسخ سلول از جنس تنش و کرنش به این عامل ارزیابی شود. برای این منظور از بستر های پایه کلاژنی به عنوان ماتریس خارج سلولی مصنوعی استفاده شد و شرایط کشت سلول درون یک بیوراکتور و در حضور جریان سیال شبیه سازی شد. با به کار گیری روش برهمکنش سیال و سازه برای شبیه سازی و حل آن به شیوه ی جفت شوندگی دو طرفه ی معادلات سیال و جامد، تاثیر افزایش سختی بستر و ضخامت آن به ترتیب در افزایش و کاهش تنش های وارده بر سلول از جانب بستر به میزان حداکثر 15 درصد در نتایج مشاهده شد. همچنین مشاهده شد که تغییر سختی بستر تنها در بازه ی 1/0 تا 100 کیلو پاسکال می تواند در تغییر رفتار سلول در مقابل تحریک خارجی موثر باشد. نتایج به دست آمده از این تحقیق در کنار سایر تحقیقات مشابه می توانند به عنوان یک راهنما برای محققین جهت بهینه سازی شرایط ریزمحیطی سلول بنیادی در محیط کشت آزمایشگاهی و در نهایت دستیابی به نتایج کارآمدتر در پژوهش های مرتبط با مهندسی سلول های بنیادی قلمداد شوند.کلید واژگان: تنظیمات مکانیکی، تحلیل اجزای محدود، برهمکنش سیال و سازه، سختی و ضخامت بستر، کلاژن، سلول بنیادیInvestigating the mechanical stimuli on stem cells under in vitro and in vivo conditions is a very important topic to achieve an ability to control the cellular responses like growth, proliferation and differentiation. Many investigations carried out about biomechanical factors involved in this phenomenon and nowadays, it is proved that some factors like as cell morphology, subcellular elements configuration, scaffold architecture, substrate stiffness and mechanical stimulation via substrate displacement or fluid flow, have got an important effect on cellular responses. In this study, we have tried to evaluate the responses of a stem cell to the stiffness and thickness of the substrate by the means of finite element method. For this purpose, we have used collagen-based scaffolds as the artificial ECM and a cell culture in a bioreactor with fluid flow was simulated.by use of fluid-structure interaction method and solving the equations in two-way coupling scheme, the results show that the increase in thickness and stiffness of the substrate will result in 15 percent change in cell-substrate stresses, respectively. Also, it was seen that the change of substrate stiffness only in the range of 0.1-100 KPa could affect the cell response to an external stimulation.These results, along with other similar investigations, could be used as an instructor by the researchers to optimize the stem cells microenvironment in vitro, and finally get the most out of their stem cell related Investigations.Keywords: Mechanical Modulation, Finite element method, Fluid Structure Interaction, Substrate Thickness, Stiffness, Collagen, Stem Cell
-
گرفتگی های شریانی و بیماری های قلبی- عروقی ناشی از آن مانند تصلب شرائین، از دلایل عمده مرگ و میر در دنیاست. در این مقاله، با استفاده از یک مدل غیرخطی سه بعدی از شریان کاروتید دارای گرفتگی نامتقارن و با در نظر گرفتن تعامل میان جامد و سیال (FSI)، جریان خون در این شرایط مدلسازی شد. برای انجام دادن شبیه سازی از نرم افزار انسیس بهره گرفته شد. با توجه به بررسی های انجام گرفته این نرم افزار از توانایی مناسبی در تحلیل مسائل FSI برخوردار نیست. بنابراین با استفاده از کدنویسی در محیط ماکروی نرم افزار، دسترسی به الگوریتم حل مساله FSI از طریق روش کوپلینگ ضعیف میسر شد. تغییرات قابل توجه فشارخون بصورت موضعی و افت شدید فشار و در نتیجه ایجاد تنش فشاری در پایین دست گرفتگی، پروفیل متغیر تنش برشی در منطقه گرفتگی و تغییرات قابل توجه آن پس از گرفتگی، تغییرات قابل توجه پروفیل سرعت و ازدیاد قابل توجه جریان های برگشتی در اثر افزایش میزان خروج از مرکز پلاک، از جمله نتایج به دست آمده در پژوهش حاضر است. نتایج به دست آمده در ارزیابی وخامت بیماری، امکان پیشروی بیماری و پیش بینی محل های مستعد برای شکست پلاک آتروسکلروتیک استفاده می گردد.
کلید واژگان: گرفتگی شریانی، جریان خون، اندرکنش جامد و سیال، شکست پلاک، روش المان محدودArterial stenosis and the consequent cardiovascular diseases such as atherosclerosis remain the major cause of mortality in the world. In this study, blood flow was analyzed in a three-dimensional model of stenosed carotid artery with asymmetric stenosis utilizing fluid-structure interaction method. The modeling was performed by ANSYS finite element software. To overcome the software inconsistency in FSI mode, a new code was designed in ANSYS multi-physics environment for coupling of solid and fluid domains via incremental boundary iteration method. The results indicated a considerable variation of local blood pressure, velocity and shear stress in stenosed artery, high pressure drop along stenosis, compressive stress and larger flow separation zone in the post-stenotic region as the result of increased eccentricity of stenosis. The results might be applied in evaluation of plaque severity, progression of disease, plaque growth and vulnerable regions of plaque to fracture.
Keywords: Arterial stenosis, Blood flow, fluid-structure interaction, Plaque rupture, Finite element method
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.