طراحی و شبیهسازی دینامیکی تاثیر عدم تقارن لتهای دریچه مصنوعی آئورت
[پایاننامه]
Design and simulation of asymmetric leaflets effect on the dynamics of prosthetic valves
/نیما صرافزاده قدیمی
: مهندسی پزشکی
، ۱۴۰۱
۱۶۴ص.
:
زبان: فارسی
زبان چکیده: فارسی
چاپی - الکترونیکی
مصور، جدول، نمودار
دکتری
مهندسی پزشکی- بیومکانیک
۱۴۰۱/۰۷/۰۱
صنعتی سهند
در میان دریچههای قلبی، شایعترین از کار افتادگی متعلق به دریچه آئورت بوده و تعویض آن با دریچههای مصنوعی پلیمری، همودینامیک و دوام قابل قبولی را ارائه خواهد کرد .لتهای یک دریچه آئورت طبیعی از لحاظ ابعادی ناهمسان بوده و این ناهمسانی تاکنون در طراحی دریچههای مصنوعی در نظر گرفته نشده است .به دلیل تعدد پارامترهای هندسی درگیر در ناهمسانی لتها، یک دستهبندی براساس دو پارامتر طول پیوندگاهی و خروج از مرکزی لتها انجام گرفته و دریچه با یک لت بزرگ و دو لت کوچک همسان به عنوان نمونه اصلی جهت طراحی و شبیهسازی دریچههای نامتقارن انتخاب شده است .با طرح یک فرضیه جهت شروع طراحی، میزان خروج از مرکزی لتها به طول پیوندگاهی ارتباط داده شده و سپس با تغییر پارامترهای هندسی شامل خروج از مرکزی، طول لبه آزاد لتها، منحنی شعاعی و ارتفاع لتها، پارامترهای عملکردی دریچه شامل سطحروزنه هندسی بیشینه، سطحروزنه متوسط، تنش بیشینه فون - میزس و سطح بهمرسی با استفاده از روش المان محدود و تحلیل دینامیکی صریح محاسبه شده و صحت فرضیه مطرح شده مورد سنجش قرار گرفته است .برای نمونه اصلی منتخب، طراحی متقارن و اصلاح طول لبهآزاد لتهای کوچک باعث افزایش ۴/۲۵ در سطح روزنه بیشینه، افزایش ۵۹/۶ در سطح بهمرسی و کاهش ۳۹/۱ در تنش بیشینه شده است .با تبدیل منحنی شعاعی لت بزرگ به خط راست، سطح روزنه متوسط ۱۱/۵۳ کاهش و تنش بیشینه ۳۸/۲۳ افزایش را تجربه کرده است .کاهش ارتفاع لتهای کوچک در مقدار سطحروزنه بیشینه تاثیر محسوسی نداشته، اما باعث افزایش تنش بیشینه به میزان ۲۲/۲ شده و سطح بهمرسی را ۴۳/۳ کاهش داده است .ترکیب خطوط راست با کمانهایی از دایره بهعنوان منحنی شعاعی لتها چه در دریچههای متقارن و چه نامتقارن ارتباط مستقیمی بین بهمرسی و بیشینه سطحروزنه هندسی ایجاد خواهد کرد بهگونهای که بیشترین تغییر سطحروزنه متوسط و بیشینه به ترتیب ۴۶/۸۸ و ۱۸/۴ خواهد بود .این منحنی پیشنهادی سطح بهمرسی را ۱/۱۸ برابر افزایش و تنش بیشینه را ۸۴/۴۵ کاهش خواهد داد .در بین پارامترهای هندسی، منحنی شعاعی لتها بیش از سایر پارامترها روی عملکرد دریچههای مصنوعی تاثیر داشته و منحنی پیشنهادی برای نمونه اصلی میتواند به عنوان یک دریچه مرجع جهت مطالعه و ارزیابی دریچههای نامتقارن معرفی گردد .
Among the heart valves, the most common failure belongs the aortic valve, and replacing it with polymer valves would provide proper hemodynamics and durability. The leaflets of a natural aortic valve are dimensionally unequal, and this inequality has not been taken into account in the design of prosthetic valves. Due to the multiplicity of geometric parameters involved in the inequality of leaflets, a classification was made based on the two parameters of commissure length and the eccentricity of leaflets, and the valve with one large and two small equal leaflets was chosen as the generic model for design and simulation of asymmetric valves. By proposing a hypothesis, eccentricity was related to commissure length, and then by changing the geometric parameters including, eccentricity, length of the free edge, the radial curve and the height of leaflets, the performance parameters of the valve including the maximum geometric orifice area (GOA), the average GOA, the maximum von-Mises stress and the coaptation surface have been calculated using the finite element method through an explicit dynamic analysis, to evaluate the correctness of the proposed hypothesis. For the generic valve, symmetrical design and increasing the length of free edges of small leaflets increased the GOA and coaptation surface by 4.25 and 59.6 respectively, and decreased the maximum stress by 1.39 correspondingly. By converting the radial curve of the large leaflet to a straight line, the average GOA has decreased by 11.53 and the maximum stress has experienced an increase of 38.23 . Decreasing the height of small leaflets did not affect the maximum GOA, but it increased the maximum stress by 22.2 and reduced the coaptation surface by 43.3 . The combination of straight lines with arcs as radial curves establishes a direct relationship between coaptation and GOA for both symmetric and asymmetric valves, in a way that the average and maximum GOA will experience a change of 46.88 and 18.4 , respectively. This proposed curve will increase the coaptation level by 1.18 times and reduce the maximum stress by 84.45 . Among the geometric parameters, the radial curve of the leaflets has more influence on the performance of prosthetic valves than other parameters, and the proposed curve for the generic valve could be introduced as a reference valve for further studying of asymmetric valves.
ba
Design and simulation of asymmetric leaflets effect on the dynamics of prosthetic valves