뇌혈관 질환에 따른 경동맥 혈류역학 특성에 대한 유체-고체 연성 해석 연구
A Fluid-Structure Interaction Approach on Hemodynamics of Carotid Arteries in Cerebrovascular Disease
- 주제(키워드) 뇌혈관 질환 (Cerebrovascular Disease) , 열공성 뇌경색 (Lacunar Infarction) , 경동맥 (Carotid Artery) , 혈류역학 (Hemodynamics) , 유체-고체 연성 해석 (Fluid-Structure Interaction Approach) , 벽전단응력 (Wall Shear Stress) , 심장 박출량 (Cardiac Output) , 원위부 혈관 저항 (Distal Vascular Resistance)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047397
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 뇌혈관 질환의 발생 원인 규명을 위하여, 뇌혈관 질환과 밀접한 연관이 있는 뇌순환 시스템의 저항 특성을 고려하기 위한 원위부 혈관 저항 모델을 통해 경동맥에서의 혈액 유동 및 혈관 변형 특성을 구현하였다. 이 때, 경동맥에서의 혈류역학 특성 분석을 위하여 혈관 형상, 혈류 속도, 혈액 점도, 혈관 변형에 대한 임상 데이터를 기반으로 혈액 유동과 혈관 변형 특성 예측을 위한 유체-고체 연성해석 프레임웍을 구축하였다. 이와 같이 구축한 혈관 변형을 고려한 혈액 유동 해석 프레임웍을 이용하여, 경동맥에서의 혈액 유동 및 혈관 변형 특성을 결정하는 심장 박출량, 원위부 혈관 저항, 혈액 점도, 혈관 강성, 혈관벽 및 플라그 두께의 영향을 분석하였다. 이를 통해, 뇌혈관 내 혈류역학 특성은 혈관의 형상학적 특성에서 특정 혈류 조건에 의해 결정되었으며, 특히 뇌혈관 내 혈류 조건 중 심장 박출량과 원위부 혈관 저항이 중요하게 작용하고 있는 것을 보았다. 이 때, 열공성 뇌경색에서 보이는 낮은 심장 박출량과 높은 혈관 저항으로 인해 경동맥에서의 혈류 속도가 감소하고 혈관 지름이 증가하였으며, 이는 낮은 벽전단응력이 분포를 초래하였다. 따라서, 열공성 뇌경색의 가능성 예측에 있어 경동맥과 같이 뇌혈관 시스템의 근위부 혈관에서 벽전단응력 분포는 중요한 변수로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
more초록/요약
In the present study, hemodynamics of carotid artery in cerebrovascular disease was numerically investigated. To predict a blood flow inside a compliant vessel of carotid artery, a framework for the fluid-structure interaction was developed by coupling approaches of computational fluid dynamics and solid mechanics. Since the conditions of the velocity and pressure in internal and external carotid arteries are affected by the resistance of the flow in cerebral circulation system, a distal vascular resistance model was used based on the flow rate through the outflow boundary conditions of the computational model. Using this framework, the hemodynamics of carotid artery was simulated with the patient-specific characteristics of arterial geometry, pulsatile blood flow, blood rheology and arterial deformation. The hemodynamic characteristics found from the blood flow and arterial deformation were determined by the arterial geometric factors and flow conditions. From the results, an increase in the blood viscosity and decrease in the wall shear stress were observed in the carotid bifurcated region, more specifically at the post-plaque dilated region. Since these characteristics are affected by the hemodynamic conditions, various effects of the cardiac output, distal vascular resistance, blood viscosity, arterial stiffness, arterial wall thickness and plaque thickness were numerically analyzed. It was shown that the cardiac output and distal vascular resistance are important for the hemodynamics in carotid artery. Typically, the decrease of cardiac output and the increase of distal vascular resistance was observed in the lacunar infarction. Thus the carotid arteries of patients with the lacunar infarction are exposed to the low wall shear stress due to the decrease of flow velocity and increase of arterial diameter. The wall shear stress of proximal artery such as carotid artery and basilar artery can be used as a bio-marker to predict the lacunar infarction.
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