Компьютерное моделирование течения жидкости через биопротез клапана сердца
| Parent link: | Математическая биология и биоинформатика Т. 13, № 2.— 2018.— [С. 337-347] |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , , , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана Работа описывает особенности численного моделирования потоков жидкости переменной вязкости в задачах исследования протезов клапанов сердца. Компьютерное моделирование и его верификация выполнены на примере клинического медицинского изделия, применяемого в современной кардио-хирургической практике - биопротеза «ЮниЛайн» (Россия). Трехмерная пространственная модель объекта исследования была получена методом компьютерной микротомографии, с последующей реконструкцией сетки примитивов по двумерным срезам. В численном эксперименте использован метод погруженной границы, учитывающий взаимодействие твердого тела и жидкости, а также механику деформации элементов протеза - створчатого аппарата. Верификация расчетного алгоритма выполнена в установке пульсирующего потока в условиях имитации физиологических параметров гидродинамики, аналогичных используемым in silico. В целом, результаты моделирования согласуются с количественными и качественными данными гидродинамического эксперимента. Так, при численном моделировании был получен транспротезный градиент 3.0 ± 1.1 мм рт.ст., эффективная площадь отверстия 2.8 см2, объем регургитации - 0.1 мл/мин. В то время, как при натурном эксперименте аналогичные показатели составили: 6.5 ± 3.6 мм рт.ст.; 2.3 ± 0.6 см2; 3.1 ± 1.7 мл/мин, соответственно. Приведенный метод демонстрирует перспективность и потенциально может быть применен в задачах проектирования и исследовательских работах. The paper describes the features of in silico simulation of fluid flows of variable viscosity in the study of prosthetic heart valves. Computer modeling and its verification were performed on the example of the bioprosthesis "UniLine" (Russia) used in modern cardio-surgical practice. A spatial model of the object of investigation was obtained by the method of computer microtomography, followed by the reconstruction of the primitive grid in two-dimensional sections. In the numerical experiment, the immersed boundary method was used. Herein the interaction of a solid and a liquid as well as the impact of mechanics of deformation of the elements of the prosthesis, such as the winged apparatus, were taken into account. Verification of the calculation algorithm was performed in the pulsating flow setup in conditions of simulating the physiological parameters of hydrodynamics similar to those used in silico. In general, the results of the simulation are consistent with the quantitative and qualitative data of the hydrodynamic experiment. Thus, in the numerical simulation, a pressure gradient of 3.0 ± 1.1 mmHg was obtained, an effective orifice area of 2.8 cm2, a regurgitation volume of 0.1 ml/min. The experimental evaluation has shown the similar indicators: 6.5 ± 3.6 mmHg, 2.3 ± 0.6 cm2, 3.1 ± 1.7 ml/min, respectively. The described method demonstrates its promise and can be used in design and research tasks. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса |
| Language: | Russian |
| Published: |
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://elibrary.ru/item.asp?id=36775126 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=659632 |
| Summary: | Заглавие с экрана Работа описывает особенности численного моделирования потоков жидкости переменной вязкости в задачах исследования протезов клапанов сердца. Компьютерное моделирование и его верификация выполнены на примере клинического медицинского изделия, применяемого в современной кардио-хирургической практике - биопротеза «ЮниЛайн» (Россия). Трехмерная пространственная модель объекта исследования была получена методом компьютерной микротомографии, с последующей реконструкцией сетки примитивов по двумерным срезам. В численном эксперименте использован метод погруженной границы, учитывающий взаимодействие твердого тела и жидкости, а также механику деформации элементов протеза - створчатого аппарата. Верификация расчетного алгоритма выполнена в установке пульсирующего потока в условиях имитации физиологических параметров гидродинамики, аналогичных используемым in silico. В целом, результаты моделирования согласуются с количественными и качественными данными гидродинамического эксперимента. Так, при численном моделировании был получен транспротезный градиент 3.0 ± 1.1 мм рт.ст., эффективная площадь отверстия 2.8 см2, объем регургитации - 0.1 мл/мин. В то время, как при натурном эксперименте аналогичные показатели составили: 6.5 ± 3.6 мм рт.ст.; 2.3 ± 0.6 см2; 3.1 ± 1.7 мл/мин, соответственно. Приведенный метод демонстрирует перспективность и потенциально может быть применен в задачах проектирования и исследовательских работах. The paper describes the features of in silico simulation of fluid flows of variable viscosity in the study of prosthetic heart valves. Computer modeling and its verification were performed on the example of the bioprosthesis "UniLine" (Russia) used in modern cardio-surgical practice. A spatial model of the object of investigation was obtained by the method of computer microtomography, followed by the reconstruction of the primitive grid in two-dimensional sections. In the numerical experiment, the immersed boundary method was used. Herein the interaction of a solid and a liquid as well as the impact of mechanics of deformation of the elements of the prosthesis, such as the winged apparatus, were taken into account. Verification of the calculation algorithm was performed in the pulsating flow setup in conditions of simulating the physiological parameters of hydrodynamics similar to those used in silico. In general, the results of the simulation are consistent with the quantitative and qualitative data of the hydrodynamic experiment. Thus, in the numerical simulation, a pressure gradient of 3.0 ± 1.1 mmHg was obtained, an effective orifice area of 2.8 cm2, a regurgitation volume of 0.1 ml/min. The experimental evaluation has shown the similar indicators: 6.5 ± 3.6 mmHg, 2.3 ± 0.6 cm2, 3.1 ± 1.7 ml/min, respectively. The described method demonstrates its promise and can be used in design and research tasks. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса |
|---|