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以ADINA流固耦合(FSI)分析心血管(Cardiovascular)病因

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ADINA一直被密集地應用在心血管力學行為.除了因為ADINA廣為人知的精確及可靠度,還因為ADINA可以同時解決結構,流體,以及流固耦合之物理現象.此特性讓研究人員得以研究組織及薄膜的高度幾合/材料非線性行為與流體互動的關係.

本期的電子報,我們介紹如何用ADINA研究脆弱血小板(vulnerable plaque)上的細微鈣化物(microcalcification)在血管中之力學行為.從事此研究的動機,為脆弱血小板的破裂通常是造成急性心臟病的主要原因之一(見文獻).

Figure 1 為模型示意圖.該模型包含血管壁(vessel wall),脆弱血小板(vulnerable plaque),以及鈣化物.

此研究之目標,在於調查在血液流體動力環境下,鈣化物對血管硬力之影響.

血小板附近之部份計算網格如Figure 2所示. 模型共有900,000個元素, 使用暫態分析,使用2,500個time step以模擬兩個流動循環.




Figure 1 模型示意


血管壁,脂質核及纖微化組織以不可壓縮等向性之Mooney-Rivlin超彈性體材料模擬(isotropic incompressible hyperelastic material ).血液以不可壓縮之Navier-Stokes fluid牛頓流模擬.

此模型以雙向直接流固耦合求解,並考慮血管之大變型及大應便行為.ALE方法用來模擬血管之大變型.




Figure 2 血小板附近之部份計算網格





Figure 3 鈣化產生的應力集中現象

Figure 3上方為無鈣化物情況下血管壁之應力分佈. Figure 3下方為有鈣化物情況下血管壁之應力分佈.結果顯示,僅管鈣化物對血應影響之流場並不大,但其對血管壁之應力分佈卻有很大的影響.










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參考文獻

  • D. Bluestein, Y. Alemu, I. Avrahami, M. Gharib, K. Dumont, J.J. Ricotta, S. Einav, "Influence of microcalcifications on vulnerable plaque mechanics using FSI modeling" , Journal of Biomechanics, 41:1111–1118, 2008


Keywords:
cardiovascular mechanics, microcalcification, plaque, fluid structure interaction, stenosis, large deformation, strongly coupled, direct FSI, hyperelastic, ALE



Courtesy of D. Bluestein, Y. Alemu, K. Dumont, J.J. Ricotta (Stony Brook University, USA); I. Avrahami (California Institute of Technology, USA and Afeka College of Engineering, Israel); M. Gharib (California Institute of Technology, USA); and S. Einav (Stony Brook University, USA and Tel Aviv University, Israel)
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