بررسي پايداري شريان‌هاي داراي پلاك آترواسكلروز با درنظرگرفتن برهم‌كنش سيال- جامد

Study of the stability of atherosclerotic arteries using fluid-structure interaction

انحناداري عارضه‌اي است كه ممكن است در برخي از شريان‌هاي بدن مانند كاروتيد رخ دهد و موجب اختلال در خون‌رساني به مغز و حتي در موارد شديد آن موجب ايسكمي و سكته شود. اين انحناداري مي‌تواند مادرزادي باشد يا ناشي از كاهش كشش محوري شريان و فشار خون بالا رخ دهد كه در اين صورت به آن كمانش مي‌گويند. با توجه به اينكه پلاك‌هاي آترواسكلروز با ايجاد گرفتگي در شريان و اختلال در الگوي طبيعي جريان خون مي‌توانند شريان را براي كمانش مستعد كنند، در اين پژوهش طي يك شبيه‌سازي عددي، پايداري شريان‌هاي داراي پلاك آترواسكلروز با درنظرگرفتن تغيير شكل‌هاي بزرگ مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور هندسه ايده‌آل و سه‌بٌعدي شريان كاروتيد سالم و داراي پلاك‌هاي متقارن و غيرمتقارن با درصدهاي مختلف گرفتگي ساخته شد و در دو نسبت كشش محوري 1/5 و 1/3 و با درنظرگرفتن برهم‌كنش سيال- جامد و جريان سيال نوساني در نرم‌افزار المان محدود آدينا تحليل شد. جريان خون نيوتني و آرام و ديواره شريان ناهمسان‌گرد و فراكشسان براساس مدل آگدن فرض شد. نتايج نشان مي‌دهد كه با ايجاد پلاك آترواسكلروز در شريان و افزايش درصد اين گرفتگي، فشار بحراني كمانش كاهش مي‌يابد. تاثير پلاك‌هاي نامتقارن در كاهش فشار بحراني، بسيار بيشتر از پلاك‌هاي متقارن است. با كاهش نسبت كشش محوري از 1/5 به 1/3، فشار بحراني كمانش 39-33% كاهش مي‌يابد. در لحظه كمانش تنش‌هاي وارده بر پلاك به ميزان زيادي افزايش مي‌يابند و در نتيجه پديده خطرناك شكست پلاك محتمل‌تر مي‌شود.

Tortuosity is an abnormality that may occur in some arteries, such as carotid. It can reduce the blood flow to distal organs, and even in severe cases, causes ischemia and stroke. Tortuosity can be congenital or occurs due to hypertension and reduced axial pre-stretch of artery, in which case called buckling. Since atherosclerotic plaques disrupt the normal pattern of blood flow, and thus make the artery more susceptible to buckling, in this study, the effect of atherosclerotic plaques on arterial stability has been investigated using computational simulation of fluid-structure interaction under pulsatile flow and large deformation. Ideal and 3D geometry of normal and atherosclerotic carotid artery with different plaques (symmetric or asymmetric and in different percentage of stenosis) were constructed and used to simulate normal (1.5) and reduced (1.3) axial stretch ratio by ADINA. The blood flow was assumed to be Newtonian and laminar. Arterial wall was considered as an anisotropic and hyperelastic material based on the Ogden’s model. The results are verified by comparison with the available ones in the literature. It is observed that stenosis reduces the critical buckling pressure and arteries with asymmetric plaque have lower critical buckling pressure compared to the arteries with symmetric plaque. By reducing the axial stretch ratio from 1.5 to 1.3, the critical buckling pressure is reduced by 33-39 percent. Buckling increases the peak stress in the plaque and thus increases the risk of plaque rupture.