Гемодинамическая оценка имплантации аортального стента с использованием вычислительной гидродинамики (ВГД)
А.Белагхит, Б.Аур, Х.Бенченане, М.Лараби
Резюме: Имплантация стента является одним из многочисленных методов, используемых для стабилизации аневризмы. Информация о гемодинамических параметрах в патологически-измененных артериях со стентами может помочь хирургам в выборе способа лечения до операции. В этом контексте ВГД-моделирование является важным инструментом, способным обеспечить более подробную информацию, которая может быть использована хирургами для поиска адекватных решений для рассматриваемых патологий. Целью настоящей работы является разработка надежных численных моделей для гемодинамической оценки имплантации грудного аортального стента-трансплантанта с использованием вычислительной гидродинамики (ВГД). С этой целью с использованием программного обеспечения для обработки изображений и автоматизированного проектирования были реконструированы трехмерные изображения неповрежденной и стентированной аорты. Сравнение полученных результатов изменений давлений и скоростей крови во время систолической и диастолической фазы и на протяжении всего сердечного цикла было представлено и обсуждено. Проанализировано распределение напряжений сдвига для обоих случаев. В результате анализа полученных численных результатов установлен эффект стента при коррекции гемодинамических нарушений в аневризматической зоне исследуемой аорты и обоснована эффективность выбранного типа стента. С использованием численного моделирования, разработанного в рамках данного исследования, получена подробная и необходимая информация для изученных случаев и продемонстрирована дополнительная ценность данного вида численного моделирования для диагностики и хирургического вмешательства.
Ключови думи: аневризма; аорта; ВГД; гемодинамика; stent
| Литература: (click to open/close) | [1] Bryce, Y., Rogoff, P., Romanelli, D., Reichle, R., 2015. Endovascular repair of abdominal aortic aneurysms: vascular anatomy, device selection, procedure, and procedure-specific complications, Radiographics. 35, 593 – 615.
[2] Caballero, A. D., Laín, S., 2013. A Review on Computational Fluid Dynamics Modelling in Human Thoracic Aorta, Cardiovascular Engineering and Technology. 4, 103-130.
[3] Belaghit, A. H., Aour, B., Larabi, M., Mebarki, S., 2018. Numerical Modeling of Blood Flow in a Healthy Aorta and Aorta with Stent. J Biomimetics, Journal of Biomimetics, Biomaterials and Biomedical Engineering. 39, 13-23.
[4] Desgranges, P., Kobeiter, H., Castier, Y., Sénéchal, M., Majewski, M., Krimi, A., 2010. The Endovasculaire vs Chirurgie dans les Anévrysmes Rompus PROTOCOL trial update, Journal of Vascular Surgery. 51, 267-270.
[5] Dottori, J., Casciaro, M., Craiem, D., El-Batti, S., Mousseaux, E., Alsac, J. M., Larrabide, I., 2020. Regional assessment of vascular morphology and hemodynamics: methodology and evaluation for abdominal aortic aneurysms after endovascular repair. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 23, 1060-1070.
[6] Figueroa, C. A., Taylor, C. A., Yeh, V., Chiou, A. J., Gorrepati, M. L., Zarins, C. K., 2010. Preliminary 3D computational analysis of the relationship between aortic displacement force and direction of endograft movement. Journal of Vascular Surgery. 51, 1488- 1497.
[7] Gelidi, S., Bucchi, A., 2019. Comparative finite element modelling of aneurysm formation and physiologic inflation in the descending aorta. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 22, 1197-1208.
[8] Hinchliffe, R. J., Bruijstens, L., MacSweeney, S. T., Braithwaite, B. D., 2006. A randomized trial of endovascular and open surgery for ruptured abdominal aortic aneurysm - results of a pilot study and lessons learned for future studies, European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 32, 506-513.
[9] Lantz, J., Renner, J., Karlsson, M., 2011. Wall shear stress in a subject specific human aorta, influence of fluid-structure interaction, International Journal of Applied Mechanics. 3, 759-778.
[10] Morbiducci, U., Ponzini, R., Rizzo, G., Cadioli, M., Esposito, A., De Cobelli, F., Del Maschio, A., Montevecchi, F. M., Redaelli, A., 2009. In vivo quantification of helical blood flow in human aorta by time-resolved three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance imaging. Annals of Biomedical Engineering. 37, 516-31.
[11] Ahmed, S., Šutalo ,I.D., Kavnoudias, H., Madan, A., 2011. Numerical investigation of haemodyanamics of lateral cerebral aneurysm following coil embolization. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 5, 329-340.
[12] Chatzizisis,Y. S., Ahmet, U.C., Michael, J., 2007. Role of Endothelial Shear Stress in the Natural History of Coronary Atherosclerosis and Vascular Remodeling. Molecular, Cellular, and Vascular Behavior. 49, 2379-2393.
[13] Ballambat, R.P., Zuber M., Khader, S.M.A. et al. 2022. Infuence of postural changes on haemodynamics in internal carotid artery bifurcation aneurysm using numerical methods. Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art. 5, 11.
[14] Antonova, N., Xu, D., Velcheva, I., Kaliviotis, E., Tosheva, P., 2015. Stenosis effects on the fluid mechanics of the common carotid artery bifurcation for unsteady flows, Journal of Mechanics in Medicine and Biology. 15, 1540008-1540015.
[15] Palombo, C., Morizzo, C., Baluci, M., Lucini, D., Ricci, S., Biolo, G., 2015. Large artery remodeling and dynamics following simulated microgravity by prolonged head-down tilt bed rest in humans, BioMed Research International 10, 342565-342572.
[16] Derycke, L., Avril, S., Million, A., 2023. Patient-Specific Numerical Simulations of Endovascular Procedures in Complex Aortic Pathologies: Review and Clinical Perspectives, Journal of Clinical Medicine. 12, 766.
[17] Prasad, A., Xiao, N,. Gong, X.Y., Zarins, C.K., Figueroa, C.A., 2013. A computational framework for investigating the positional stability of aortic endografts, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 12, 869-87.
[18] Quint, L.E., Liu, P.S., Booher, A.M., Watcharotone, K., Myles, J.D., 2013. Proximal thoracic aortic diameter measurements at CT: repeatability and reproducibility according to measurement method, International Journal of Cardiovascular Imaging. 29, 479-88.
[19] Raptis, A., Xenos, M., Georgakarakos, E., Kouvelos, G., Giannoukas, A., Labropoulos, N., Matsagkas, M., 2017. Comparison of physiological and post-endovascular aneurysm repair infrarenal blood flow. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 20, 242-249.
[20] Shang, E.K., Nathan, D.P., Sprinkle, S.R., Fairman, R.M., Bavaria, J.E., Gorman, R.C., Gorman, J.H., Jackson, B.M., 2013. Impact of wall thickness and saccular geometry on the computational wall stress of descending thoracic aortic aneurysms, Circulation. 10, S157-162.
[21] Tse, K.M., Chiu, P., Lee, H.P., Ho, P., 2011. Investigation of hemodynamics in the development of dissecting aneurysm within patient-specific dissecting aneurismal aortas using computational fluid dynamics (CFD) simulations, Journal of Biomechanics. 15, 827-36.
[22] Fielden, S.W., Fornwalt, B.K., Jerosch-Herold, M., Eisner, R.L., Stillman, A.E., Oshinski, J.N., 2008. A new method for the determination of aortic pulse wave velocity using cross-correlation on 2D PCMR velocity data. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 27, 1382-1387.
[23] Jackson, R.S., Chang, D.C., Freischlag, J.A., 2012. Comparison of long-term survival after open vs endovascular repair of intact abdominal aortic aneurysm among Medicare beneficiaries, Journal of the American Medical Association JAMA. 307, 1621-1628.
[24] Petrila, T., and Trif, D., 2005. Basics of Fluid Mechanics and Introduction to Computational Fluid Dynamics, 1ed. (Numerical Methods and Algorithms, no. 3). Springer US, pp. XIV, 500.
[25] Tse, K.M., Chiu, P., Lee, H.P., Ho, P., 2011. Investigation of hemodynamics in the development of dissecting aneurysm within patient-specific dissecting aneurismal aortas using computational fluid dynamics (CFD) simulations, Journal of Biomechanics. 15, 827-36.
[26] Jackson, R.S., Chang, D.C., Freischlag, J.A., 2012. Comparison of long-term survival after open vs endovascular repair of intact abdominal aortic aneurysm among Medicare beneficiaries, Journal of the American Medical Association JAMA. 307, 1621-1628.
|
|
| Дата на публикуване: 2023-11-28
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
