No abstract

No abstract

Genesis and onset of atherosclerosis is greatly influenced by hemodynamic forces. Two-phase transient computational fluid dynamic (CFD) simulations are performed using a mixture theory model for blood, and a transport equation for low-density lipoprotein (LDL), in idealized and patient-derived abdominal aorta to predict the sites at risk for atherosclerosis. Flow patter ns at different time points, and relevant hemodynamic indicators - wall shear stress-based (time-averaged wall shear stress (TAWSS), oscillatory shear index (OSI), and relative residence time (RRT)), and LDL concentration - are used concurrently to predict the susceptible sites of atherosclerosis. In the case of idealized geometry, flow recirculations are observed on the posterior wall opposite the superior mesenteric artery and below the renal bifurcations. Low TAWSS, high OSI, high RRT and high concentration of LDL are observed in these regions. This suggests that in idealized abdominal aorta the posterior wall proximal to the renal artery junction is more prone to atherosclerosis. This matches qualitatively with the experimental and simulation data in the literature. In the case of patient-derived geometry, flow reversal, low TAWSS, high OSI, and high RRT are observed infra-renal on the anterior wall. Further, higher concentration of LDL is observed at the same location on the anterior wall suggesting anterior wall distal to the renal artery junction is more prone to atherosclerosis. These findings demonstrate the use of a novel method to predict the sites at risk for atherosclerosis in geometries where complexities like junctions and curvature play a major role.

Атеросклеротические заболевания, такие как атеросклероз сонной артерии и хронические болезни почек, являются основными причинами смерти во всем мире. Возникновение таких атеросклеротических болезней в артериях зависит от сложной динамики кровотока и ряда гемодинамических параметров. Атеросклероз почечных артерий приводит к уменьшению артериальной эффективности и в конечном счете приводит к почечной артериальной гипертензии. В данной работе делается попытка определить локализацию атеросклеротической бляшки в брюшной аорте человека в окрестности соединения с почечной артерией с использованием средств вычислительной гидродинамики (CFD). Области, подверженные атеросклерозу, в идеализированном соединении брюшной аорты и почечной артерии человека определяются в результате вычислений некоторых гемодинамических показателей. При вычислениях используется точная реологическая модель крови человека, предложенная Yeleswarapu. Кровоток вычисляется в трехмерной модельной области соединения артерий с использованием пакета ANSYS FLUENT v18.2. Вычисленные гемодинамические показатели представляют собой среднее значение напряжения сдвига на стенке сосуда (AWSS), колебательный сдвиговый индекс (OSI) и относительное время задержки (RRT). Моделирование пульсирующего течения (f = 1.25 Гц, Re = 1000) показывает, что малое значение AWSS и высокий индекс OSI возникают в областях почечной артерии вниз по течению от соединения и в инфраренальном отделе брюшной аорты вблизи соединения. Высокий RRT, который является относительным индексом и зависит как от AWSS, так и OSI, как показано в данной работе, сочетается с низким AWSS и высоким OSI в краниальной части поверхности почечной артерии, проксимальной около соединения и на латеральной поверхности вблизи бифуркации брюшной аорты: это указывает, что эти области наиболее всего подвержены атеросклерозу. Результаты качественно соответствуют литературным данным. Они могут служить начальным этапом исследований и иллюстрировать пользу средств вычислительной гидродинамики (CFD) для определения местоположения атеросклеротической бляшки. Ключевые слова: брюшная аорта, атеросклероз, гемодинамические показатели, почечная артерия, модель Yeleswarapu Работа М. Аминуддина поддержана стипендией MHRD для научных исследований, проводимых под руководством Индийского технологического института Хайдарабад. Предварительные результаты были представлены на конференции IHMTC-2017 (24-я национальная и 2 международная конференция по тепло-и массапереносу), Хайдарабад, Индия.

No abstract