Влияние граничных условий на гемодинамику аортального клапана

Автор: Никита Евгеньевич Пиль

Соавторы: Алексей Геннадьевич Кучумов

Организация: ПНИПУ

Влияние граничных условий на гемодинамику аортального клапана

Количество операций по замене аортального клапана вследствие стеноза непрерывно растет с каждым годом, на сегодняшний день проводится около 270 тысяч операций в год, а к 2050 году прогнозируется порядка 850 тысяч операций. Для долгосрочного прогнозирования исходов оперативных вмешательств необходимо биомеханическое моделирование гемодинамики в аортальном клапане.

На сегодняшний день не предложено комплексной модели, описывающей гемодинамику аортального клапана, ввиду большого количества нерешенных вопросов. Один из них заключается в учете влияния граничных условий для жидкости на входе в расчетную область. В большинстве работ используется нормально-ориентированный профиль потока, однако более физиологичная постановка заключается в учете векторного поля скорости, обладающего спиральностью и наличием множества вихревых структур [1].

В работе проводится анализ влияния нормальной скорости притока и векторного поля, задаваемых на входе в расчетную область. Нормальный профиль скорости определяется на основе данных допплерометрии. Для получения векторного поля скорости решается дополнительная задача о выбросе из левого желудочка: решается связная задача, включающая электрофизиологическую модель [2] и взаимодействия «жидкость-твердое тело».

Общая схема исследования представлена на рисунке (см. Рис. 1а). На основе литературных данных и снимков МСКТ восстановлена геометрическая модель аортального клапана. Задача решается в рамках FSI подхода, поток крови моделируется несжимаемой ньютоновской жидкостью с постоянной плотностью и вязкостью, для моделирования биомеханического поведения створок аортального клапана в норме применяется модель анизотропной гиперупругости Хольцапфеля-Гассера-Огдена.

В результате проведения серий численных экспериментов получены распределения скоростей, давлений и напряжений в левом желудочке и аортальном клапане. На рисунке представлены поля скоростей в ключевые моменты сердечного цикла (см. Рис. 1б). Вычислены значения основных гемодинамических показателей, проведено сравнение между граничными условиями, задаваемыми нормальным и векторным полем скоростей.