شبیهسازی روند رشد پلاک شریانی بر مبنای تحلیل تنش در اطراف یک ضایعه اولیه
[پایاننامه]
Simulation of arterial plaque development based on stress analysis around a pre-atherosclerotic lesion
/فائزه امینی صالح
: مهندسیپزشکی
، ۱۳۹۸
۱۲۳ص.
:
زبان: فارسی
زبان چکیده: فارسی
چاپی - الکترونیکی
مصور، جدوا، نمودار
کارشناسی ارشد
مهندسیپزشکی ـ بیومکانیک
۱۳۹۸/۰۶/۰۱
صنعتی سهند
آترواسکلروز یکی از بیماریهای شایع در سیستم قلب و عروق و از عوامل اصلی مرگ و میر محسوب میشود .همچنین اکثر سکتههای قلبی به علت پارگی پلاک آترواسکلروز و تشکیل آمبولی رخ میدهند .بر همین اساس تشخیص میزان آسیب پذیری پلاک، فاکتور کلیدی در پیشگیری از پیامدهای حاد ناشی از پارگی پلاک است .عوامل بسیاری بر فرایند رشد و پارگی پلاک نقش دارند .علیرغم اینکه مکانیسمهای درگیر در پارگی پلاک به طور کامل درک نشدهاند، اما نشان داده شده است که فاکتورهای بیومکانیکی از قبیل بارهای مکانیکی نقش مهمی در تشکیل، پیشرفت و پارگی پلاک ایفا میکنند .بر همین اساس در این مطالعه، نقش بیومکانیکی حضور پلاک و خواص مکانیکی آن در رفتار مکانیکی بافت مبتلا به پلاک بررسی گردید .در این تحقیق با توجه به هندسه پیچیده پلاک آتروسکلروز و رگ درگیر، هندسه مقطع رگ از تصاویر هیستولوژی استخراج و مدل پایه در نرمافزار کتیا بهصورت سهبعدی و براساس یک الگوی متقارن شبیهسازی گردید .سپس با در نظر گرفتن خواص مکانیکی اجزای ریزساختار رگ و پلاک، توزیع تنش ناشی از فشار خون در نرمافزار المان محدود آباکوس تحلیل گردید .در این شبیهسازیها چندین حالت شامل جهتگیری فیبر و کلسیفه شدن پلاک مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتهاست .برای مطالعه رشد پلاک، سه الگوی رشد مختلف ایجاد و توزیع تنش حاصل در اطراف پلاک مورد مطالعه قرار گرفتهاست .وجه تمایز این پژوهش با سایر مطالعات انجام شده بررسی پارامترهای مختلف با در نظر گرفتن جهتگیری فیبرهای کلاژن در سیستم مختصات گسسته بهصورت سهبعدی است .نتایج حاصل از این مطالعه نشان میدهد که در رگ مبتلا به پلاک بهمنظور کاهش توزیع تنش همچنین توزیع همگن آن، پلاک به رشد در راستای محیطی تمایل بیشتری دارد .در بررسی ضخامت کلاهک پلاک، مشاهده شد که تغییر ضخامت کلاهک تاثیر زیادی بر مقدار و محل وقوع بیشینه تنش دارد .علاوهبرآن نتایج حاصل از بررسی همزمان دو پارامتر جهتگیری فیبرهای کلاژن و ضخامت کلاهک پلاک نشان داد که تاثیر جهتگیری فیبرهای کلاژن بر توزیع تنش بیشتر از ضخامت کلاهک است .در نهایت مشاهده شد که با در نظر گرفتن فاز جامد بهمنظور تحلیل پیشرفت پلاک، میتوان برآورد موثری از رفتار و رشد پلاک بدست آورد .
Atherosclerosis is one of the most prevalent diseases in the world and one of the main reasons of fatality. As one of the most prevalent diseases in cardiovascular system, Atherosclerosis is considered as one of the main reasons for illness caused deaths. Also, most heart attacks are due to the dissection of the Atherosclerosis plaque and the formation of embolus. According to this, the detection of plaques vulnerability severity is the key factor to avoid the acute consequences plaques dissection. Several factors are involved in the process of growth as well as the plaque dissection. The mechanisms of the plaque dissection are not completely understood, Although it's been proven that the biomedical factors such as mechanical loads, play a significant role in the formation, progress and dissection of the plaque. Accordingly, in the present study, the biomedical role of the presence and mechanical properties of the plaque has been studied. In this research, with due attention to the complex geometry of the Atherosclerosis plaque and the affected artery, the arterys cross section geometry is derived from the histological images and the basic model is simulated in 3D in accordance with a symmetrical pattern in CATIA software. Then, considering the mechanical properties of the micro-structure components of the artery and the plaque, the distribution of the blood-pressure has been analyzied in the finite element software Abaqus. In these simulations, several cases including the fiber orientation and calcification of the plaque has been investigated. To review the progress of the plaque, three different development patterns have been created and the stress distribution around the plaque is studied. The results of this study show that the plaque artery mostly tends to grow in the circumfrential direction in order to balance itself, and to decrease the amount of propagation in the artery and also to create a more uniform stress distribution. Also the effect of the fibrous cap thickness has been studied with 4 different level of thickness as an effective parameter affecting the plaques behaviour. The results of this study indicated that the variation of the fibrous caps thickness has huge influence on the amount and location of the maximum principal stresses. In addition, the resultes has shown that the effect of the collagen fibers' orientation on the stress distribution is much more significant incomparison with the fibrous caps thickness.
ba
Simulation of arterial plaque development based on stress analysis around a pre-atherosclerotic lesion
توابع هایپرالاستیک
ریزساختار شریان
جهتگیری فیبرهای کلاژن
سیستم مختصات گسسته
روش اجزا محدود
Hyperelastic material, Microstructure of artery, Collagen fibre orientation, Discrete coordinate system, FEM
توابع هایپرالاستیک، ریزساختار شریان، جهتگیری فیبرهای کلاژن، سیستم مختصات گسسته، روش اجزا محدود