CC BY
36
УДК [53:57:61+004](082)
К. К. Скрипаченко
ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРУДНОГО ОТДЕЛА АОРТЫ
В данном исследовании приведены результаты компьютерного моделирования грудного отдела аорты с патологическими изменениями. Построение модели проводилось в системе автоматизированного проектирования Solid Works на основе данных компьютерной томографии. Численный расчет проведен с использованием метода конечных элементов. Анализ результатов позволил выявить и оценить негативное влияние патологий аорты на гемодинамику системы.
Аорта является самым большим артериальным сосудом в организме человека и является основным проводником крови ко всем тканям и органам организма от сердца. Но встречается ряд патологий аорты, которые негативно влияют на работу сердечно-сосудистой системы в целом. Одними из распространенных заболеваний являются: аневризма, коарктации аорты, атеросклероз, расслоение стенки и многое другое [1]. С развитием современной техники появились различные методы визуализации и исследования патологий аорты. Исключением не является и компьютерное моделирование. В данном исследовании представлены результаты компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов. Для исследования были изучены данные компьютерной томографии (КТ) грудного отдела аорты реального пациента с наличием патологий: врожденный перегиб вершины дуги аорты и коарк-тация нисходящей дуги аорты. Коарктация характеризуется сегментарным (местным) сужением просвета аорты. Зачастую данная патология является врожденной, но встречаются случаи приобретённой коарктации аорты. Врожденная извитость дуги аорты - это врожденный порок сосуда, который отличается удлинением, извитостью и перегибами сосудистого русла при патологическом строении ее стенки [2]. На основе данных КТ была создана геометрия исследуемого объекта с использование программного пакета Mimics. Последующее усовершенствование модели производилось в системе автоматизированного проектирования Solid Works. В процессе перестроения модели устранялись неровности и искажения, построение осуществлялось командой «вытягивание бобышки по сечениям» [3]. Численный расчет проводился в программном комплексе Ansys Workbench с использованием метода конечных элементов
(МКЭ) [4]. Граничные условия были определены физиологическими показателями сердечно-сосудистой системы в норме [5]. Кровь моделировалась как ньютоновская жидкость с заданными плотностью 1050 кг/м3 и динамической вязкостью 0,0037 Па • с. Движение крови описывалось уравнением Навье-Стокса:
ду _ _ _ 1 _
— + (у * у)у = Р--gradP + пАу, (1)
дЪ р
где у - вектор скорости, Ъ - время, р - плотность, Р - давление, п ~ динамическая вязкость [6].
Результаты компьютерного моделирования показали, что подобные патологии аорты негативно влияют на гемодинамические характеристики потока крови, вызывая закрученное беспорядочное течение (рисунок).
Проведённое конечно-элементное моделирование позволило определить зоны образования закрученного потока жидкости (рисунок, а), которое наблюдалось в дистальной области перегиба дуги аорты, а также в нисходящей аорте. В проксимальной области перегиба констатировали застой жидкости (рисунок, б) и резкое падение скорости кровотока до 35%. Данные изменения течения жидкости могут являться одной из возможной причиной развития тромбоза и увеличить риск развития инфаркта и инсульта [7].
а
б
Визуализация результатов компьютерного моделирования
На основе результатов исследования можно сделать вывод, что проведенное конечно-элементное моделирование на стадии предоперационного обследовании пациента позволило наглядно увидеть и оценить влияние патологий на гемодинамические картину системы. Данные, полученные в процессе компьютерного моделирования, могут учитываться при прогнозировании хирургического лечения. Таким образом, внедрения персонализированного моделирования в клиническую практику с целью выявления и прогнозирования влияния патологий
отдельных органов на работу организма человека позволит провести эффективное лечение, а также снизить послеоперационные риски и осложнения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Джалилова Д. А., Потешкипа Н.Г., Хамитов Ф. Ф., Трошина А. А. Общая теория оптимальных алгоритмов. М, : Мир, 1983. 382 с.
2. Клиническая ангиология : Руководство / под ред. А. В. Покровского : в 2 т. Т. 1. М. : Медицина, 2004. 808 с.
3. Голядкина А. А., Иванов Д. В.. Каменский А. В., Кириллова И. В., Салъков-ский Ю. В., Сафонов Р. А., Щучкина О. А. Практическое применение системы автоматизированного проектирования SolidWorks в моделировании кровеносных сосудов : учеб. пособие для студ. ест. дисциплин. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2011. 153 с.
4. Иванов Д. В., Долъ А. В., Голядкина А. А., Полиенко А. В. Практические применения по применению пакета ANSYS Mechanical APDL к задачам биомеханики сердечно-сосудистой системы : учеб.-метод. пособие для студ. ест.-науч. дисциплин. Саратов : Буква, 2015. 56 с.
5. Мурылёв В. В., Комаров Р. И., Белов Ю. В., Челнокова И. О., Каравай-кин П. А., Полиенко А. В. Математическое моделирование как метод прогнозирования вероятных осложнений при аневризме грудной аорты : материалы Всерос. конф. молодых ученых с между нар. участием / под ред. проф. Л. Ю. Коссовича. Саратов : Буква, 2015. С. 66-67.
6. Голядкина А. А., Полиенко А. В., Кириллова И. В., Челнокова И. О., Сероно-сова, Ю. А., Павлова О. Е. Методические рекомендации по выбору оптимального хирургического лечения бифуркации сонной артерии человека : учеб.-метод. пособие для студ. ест.-науч. дисциплин. Саратов : Буква, 2015. 44 с.
7. Гольдина И. М. Ультразвуковая диагностика и оценка результатов лечения пациентов с тромбозом в системе нижней полой вены : автореф. дне.... д-ра мед. наук. М., 2011. 29 с.
УДК 517.51
Г. П. Шиндяпин, А. А. Матутин
ОБ АДЕКВАТНОСТИ ОБЩЕЙ МОДЕЛИ РЕФРАКЦИИ УДАРНЫХ ВОЛН НА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СРЕД ПРИ РЕФРАКЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОВ
Анализируется физическая адекватность общей модели нелинейной рефракции ударных волн (УВ) на свободной поверхности, разделяющей различные газожидкостные среды (ГЖС/ГЖС) [1, 2] в предельном случае на поверхности, разделяющей газы (ГАЗ/ГАЗ). Полученные при расчетах основные характеристики в точке взаимодействия А (углы в,^)?
