بررسي پارامترهاي فيزيولوژيك دستگاه گردش خون با شبيه‌سازي عددي يك‌بعدي

Study of Physiological Parameters of the Cardiovascular System by One Dimensional and Numerical Simulation

به علت نقش اساسي دستگاه گردش خون در بدن و گسترش روز‌افزون بيماري‌هاي مربوط به آن در كار حاضر سعي شده است تا با استفاده از شبيه‌سازي عددي يك‌بعدي، سيستم سرخرگ‌هاي اصلي دستگاه گردش خون مدل شود. براي اولين بار در شبيه‌سازي يك‌بعدي از روش حجم محدود براي گسسته‌سازي معادلات ناوير‌استوكس كه با معادله حالت كوپل شده استفاده شده است. در گسترش شرايط مرزي خروجي از مدلي موسوم به درختچه‌ي شرياني ساختار يافته بهره گرفته شده است و مدل يك‌بعدي با مدل متمركز ( لامپ) كوپل شده است. نتايج اين حل، با ساير حل‌هاي يك‌بعدي چون روش مشخصه‌ها اعتبارسنجي شده و نشان داده شده كه استفاده از روش حجم محدود نيز مي‌تواند مشخصات جريان خون در سرخر‌گ‌ها را به خوبي نشان دهد. همچنين پروفيل‌هاي فشار و دبي در رگ‌هاي اصلي بدن در حالت نرمال به دست آمده و نشان داده شده كه با دور شدن از قلب پروفيل فشار تيزتر مي‌شود كه با نتايج فيزيولوژيك همخواني دارد. همچنين نشان داده مي‌شود كه با افزايش ضريب الاستيك رگ‌ها در بيماري تصلب شريان، فشار سيستولي افزايش و همراه با آن فشار دياستولي كاهش مي‌يابد. در نهايت با توجه به نتايج به دست آمده اين نكته به دست مي‌آيد كه روش حجم محدود كارايي لازم براي شبيه‌سازي عددي يك‌بعدي دستگاه گردش خون را دارا مي‌باشد.

Study of Physiological Parameters of the Cardiovascular Systemby One Dimensional and Numerical Simulation. Owning to important role of the cardiovascular system in the human body and increase of cardiovascular diseases from day to day, in this study, we try to simulate a system of arteries by using one dimensional numerical modeling. For the first time in the one dimensional simulation, we use the finite volume method for discretization of Navier-Stocks equations coupled with the state equation. In order to develop the outflow boundary condition, we use a kind of lumped model called arteriole structure tree. Results of this study are verified by results of other one dimensional modeling such as the characteristic method and are showed that finite volume method is able to demonstrate characteristic of blood flow in arteries. Normal pressure and flow profiles in main systemic arteries are determined, and it is founded that the pressure profile becomes steeper with distance from the heart, which is in agreement with physiological patterns. Furthermore, we can show that when elasticity of arteries is increased in arterioscleroses disease, systolic pressure increases, yet diastolic pressure decreases. Finally, according to available results, it is clear that the finite volume method is useful to simulate numerically and one dimensionally the cardiovascular system.