مقايسه خطر پارگي پلاك در آرايش‌هاي مختلف گرفتگي دوگانه عروق كرونري با كمك شبيه‌سازي برهم‌كنش سيال- جامد

Comparison of the plaque rupture risk in different double-stenosis arrangements of coronary arteries by modeling fluid-structure interaction

مشاهدات انجام‌شده در پژوهش‏هاي اخير نشان داده است گرفتگي عروق در حدود 70‌درصد از بيماران مبتلا به بيماري تصلب شرايين به‌صورت پلاك‌هاي چندگانه رخ مي‌دهد؛ بنابراين با توجه به فراواني وقوع گرفتگي‌هاي دوگانه در عروق، اين مقاله خطر پارگي پوسته پلاك را در آرايش‌هاي مختلف از شكل‌‌هاي متداول پلاك مورد بررسي و مقايسه قرار داده است. به اين منظور با كمك شبيه‎سازي اجزا محدود برهم‌كنش سيال- جامد بين جريان خون، رگ و پلاك، تنش فون‎ميزز ايجاد شده در پوسته محافظ پلاك محاسبه شده است. شبيه‎سازي برهم‌كنش سيال- جامد به روش لاگرانژي- اويلري اختياري انجام گرفته و براي اطمينان از صحت مدل ايجاد‌شده از يك مساله محك، شامل انتشار موج حاصل از جريان در يك لوله الاستيك، استفاده شده است. شرايط مرزي سرعت و فشار مطابق با جريان ضرباني واقعي خون در رگ كرونري تعريف شده‌اند. خون به‌صورت يك سيال نيوتني مدل شده و از مدل هايپر الاستيك براي شبيه‎سازي رفتار غير‌خطي بافت انسان و اجزاي پلاك استفاده شده است. نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد تركيب حاصل از دو پلاك مستطيلي شكل در معرض بيشترين تنش و تركيب حاصل از پلاك‌هاي صعودي و نزولي در معرض كمترين تنش قرار دارند. تاثير پارامترهاي مختلف مانند درصد گرفتگي رگ، فاصله بين دو پلاك و طول گرفتگي پلاك نيز مورد مطالعه و بحث قرار گرفته است.

Recent observations have shown that artery stenosis occurs as multiple-stenosis in 70% of patients with atherosclerosis plaques. Accordingly, the frequent occurrence of double-stenosis in blood arteries has inspired this paper to investigate and compare the plaque rupture risk in different arrangements of common plaque shapes in a double-stenosis. The plaque von- Mises stress in plaque fibrous cap is calculated by finite element modeling of the fluid-structure interaction (FSI) between the blood flow, artery and plaque components. Arbitrary Lagrangian- Eulerian approach is employed for FSI simulations and a benchmark problem dealing with wave propagation in a fluid-filled elastic tube is used for model verification. Transient velocity and pressure conditions of actual pulsatile blood flow through coronary artery are prescribed. The blood is assumed to be a Newtonian fluid and hyper-elastic material model is employed for describing nonlinear behavior of the human tissue composed of the arterial wall, lipid core and fibrous cap. It was observed that the arrangement, composed of two diffused plaques, is subjected to the maximum von- Mises stress, while the arrangement of ascending-descending plaques experiences the minimum von- Mises stress. The effect of different parameters such as the stenosis degree, the space length between the plaques, and the plaque length is studied and discussed.