پایان نامه شبیه سازی قلب در حال تپش ، با در نظرگرفتن اندر کنش جداره و میدان جریان

فهرست:

1-  فصل اول   1

1-1-        مقدمه   2

1-1-1-   آناتومی قلب    4

1-1-1-1-دهلیز راست    7

1-1-1-2-بطن راست    7

1-1-1-3-دهلیز چپ    8

1-1-1-4-بطن چپ    8

1-1-1-5-سرخرگ ‌های کرونری    9

1-1-1-6-دستگاه تحریکی- هدایتی قلب    9

1-1-1-7-سیکل قلبی    12

1-1-1-8-الکتروکاردیوگرام   16

1-1-1-9-جریان خون در بدن   18

1-1-2-   لزجت خون   19

1-1-2-1-برون‌ده قلبی    20

1-1-2-2-لایه های قلب    21

1-1-2-3-لایه میوکارد  21

2-            فصل دوم   23

2-1-       مروری بر تحقیقات گذشته   24

3-            فصل سوم   51

تشریح معادلات مواد هایپرالاستیک و ویسکوالاستیک و معادلات حاکمه بر میدان جریان سیال]34،38،42،43 [ 52

3-1-       مقدمه   52

3-1-1-  ماده هایپرالاستیک     52

3-1-1-1-آیزوتروپی    53

3-1-1-2-تابع چگالی انرژی کرنش     53

3-1-2-  مدلهای هایپرالاستیک پیشنهادی    60

3-1-2-1-مدل نئو-هوکین    60

3-1-2-2-مدل مونی-ریولین    61

3-1-2-3-مدل آرودا-بویس     61

3-1-2-4-مدل مارلو  62

3-1-2-5-مدل اگدن   62

3-1-2-6-مدل چند جمله ای    63

3-1-2-7-مدل چند جمله ای تقلیل یافته   63

3-1-2-8-مدل ون در والس     64

3-1-2-9-مدل یوح   65

3-1-2-10-انبساط گرمایی    65

3-1-3- ماده ویسکوالاستیک     65

3-1-3-1-تاریخچه   67

3-1-3-2-کرنش کوچک     67

3-1-3-3-کرنش بزرگ     69

3-1-4-  ماده ویسکوهایپرالاستیک     70

3-2-      آزمایشهای تجربی    71

3-2-1-  آزمایش تک محوره  75

3-3-      روش لاگرانژ- اویلر دلخواه  76

3-4-      معادلات جریان سیال   78

3-4-1-  روش شبکه متحرک     79

3-4-2- نحوه به روز رسانی شبکه متحرک     79

3-4-3- هموار کردن به وسیله المان‌های فنر  80

3-4-3-1-هموار سازی بر اساس نفوذ  81

3-4-4- معادلات حاکمه اندرکنش سازه-سیال[39]  84

3-4-4-1-الگوریتمهای حل[38]  85

3-5-      مدلهای خون]43[ 89

4-            فصل چهارم   91

4-1-       مدل نمودن سمت چپ قلب و بطن چپ در نرم افزار میمیکس     92

4-1-1-   گام نخست: شبیه سازی هندسه واقعی    93

4-1-2-  بازسازی هندسه واقعی    95

4-1-3-  پردازش تصویر و تولید حجم سه بعدی    95

4-1-4-  بررسی چگونگی شرایط مرزی    100

4-1-5-  بررسی شرط مرزی ورودی    103

4-1-6-  بررسی شرط مرزی خروجی    107

4-1-7-  محدودیتهای شبیه سازی    109

4-1-8-  انتخاب مدل هایپرالاستیک برای مدلسازی بافت نرم  قلب(میوکاردیوم)  113

مدل نئو-هوکین    114

4-1-9-  مدل مونی-ریولن با دو متغیر  115

4-1-10- مدل مونی-ریولین با پنج متغیر  116

4-1-11- نتیجه گیری    118

4-1-12-                                                                                                                                                             بررسی المانهای استفاده شده در تحلیل جامد   118

5-            فصل پنجم-نتایج                                                                                                                                           120

5-1-       نتایج اولیه به دست آمده در نرم افزار میمیکس     121

5-1-1-  محاسبه کسر تخلیه قلب    123

5-2-      مطالعه شبکه   126

5-2-1-نتیجه گیری    133

5-3-      میدان جریان خون در بطن چپ قلب انسان   134

5-3-1- میدان جریان خون در بطن چپ با جداره ثابت با سرعت ثابت در دریچه میترال(ورودی بطن چپ) در فاز پنجاه درصد   135

5-3-2- میدان جریان خون در بطن چپ با جداره ثابت با سرعت متغیر در دریچه میترال(ورودی بطن چپ) در فاز پنجاه درصد   137

5-4-      بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ    142

5-4-1-  مطالعه شبکه   143

5-4-2- بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ به صورت یکطرفه   145

5-4-3- بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ به صورت دوطرفه   151

6-            فصل ششم                                                                                                                                                         169

6-1-       جمع بندی و پشنهادات    170

منبع:

[1]Taylor C.A., Hughes T.J. and Zarins C.K. “Finite Element Modeling of Blood Flow in Arteries.” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 158, (pp. 155–196), 1998.

[2]McQueen D.M. and Peskin C.S. “A three dimensional computer model of the human heart for studying cardiac fluid dynamics.” ACM Siggraph Computer Graphics, Vol. 34, (pp.56–60). 2000.

[3]Stevens C., Remme E., LeGrice I. and Hunter P.J. “Ventricular mechanics in diastole: material parameter sensitivity.” Journal of Biomechanics, Vol. 36, (pp.737–748), 2003.

[4]Mooney R., Sullivan C.O., Ryan J. and Bell C. “The Construction of a Volumetric Cardiac Model for Real-time ECG Simulation.” Poster Sessions of the Winter Conference on Computer Graphics. 2003.

[5]Van Loon R., Anderson P.D. and Van F.N.” A fluid–structure interaction method with solid-rigid contact for heart valve dynamics.” Journal of Computational Physics. Vol 217, (pp.806–823). 2006.

[6]Carmody C.J., Burriesci G., Howard I.C and Patterson E.A. “An approach to the simulation of fluid–structure interaction in the aortic valve.” Journal of Biomechanics. Vol 39, (pp. 158–169). 2006.

[7]Vigmond E., Clements, McQueen D.M and Peskin C.S. "Effect of bundle branch block on cardiac output: A whole heart simulation study". Biophysics & Molecular Biology. (pp. 520-542). 2008.

[8]   علیشاهی، مرضیه. پایان‌نامه با عنوان شبیه سازی جریان خون در رگ قابل انعطاف دچار گرفتگی، دانشگاه شیراز. (1388).

[9]   سجادی، سیده زهرا بیگم. پایان نامه با عنوان شبیه سازی هندسی قلب در حال تپش، دانشگاه شیراز. (1390).

[10]Yongie Z. and Chandrajit B. "Finite element meshing for cardiac analysis". Integrated Data Systems Department, Siemens Corporate Research, NJ, USA. 2004.

 [11]Yefeng Z., Bogdan G. and Adrian B. "Four-chamber heart modeling and automatic segmentation for 3D cardiac CT volumes". Integrated Data Systems Department, Siemens Corporate Research, NJ, USA. 2008.

[12]http://health.howstuffworks.com/mentalhealth/depression/questions/depression cause heart attack.htm.

[13]Bern Q. and Levy R. "Principles of Physiology". 4th Edition. Chapter 23. 2002.

[14]Katz Am. "Physiology of the heart". 3rd Edition. Chapter 15. 2010.

[15]Guyton A. and Hall J. Text book of Medical Physiology. Tcheher Co. Vol. 1. 10th Edition. Chapter 9, 14, 20. 1998.

[16]    کتاب آناتومی عمومی بر اساس آناتومی گری، فصل پنجم. دکتر فردین عمیدی. تهران،انتشارات خسروی، 1388.

[17] کتاب فیزیولوژی عمومی، ویرایش دوم، فصل سوم و چهارم. دکتر احمد رستمی، دکتر مهدی نعمت­بخش. اصفهان، دانشگاه علوم پزشکی، 1388.

[18]Merrifield R., Long Q., Kilner P.J., Firmin D.N. and Yang G.Z.” Combined CFD/MRI Analysis of Left Ventricular Flow”. MIAR, LNCS 3150, (pp.229-236). 2004.

[19] Long Q., Merrifield R., Kilner P., Firmin D.N and Yang G.Z." Subject-specific computational simulation of left ventricular flow based on magnetic resonance imaging". Journal of Engineering in Medicine. Vol. 154.  (pp. 222- 475). 2008.

[20]Hudsmith E., Stefeen E., Jane M., Matthew D. and Stefan N. “Normal human left and right ventricular and left atrial dimensions using steady state free precession magnetic resonance imaging”. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. Vol. 78.  (pp. 775–782) .2005.

[21]Nikoo R., Gosman A., Nigel B., Philip J., Clare L. and David N.” Computational Flow modeling of the left ventricle Based On In VIVO MRI Data: Initial Experience”. Annals of Biomedical Engineering. Vol. 29, (pp.275-283). 2001.

[22] Khalafvand S., Zhong L., Hung and T.K.. “Fluid-dynamics modeling of the human left ventricle with dynamic mesh for normal and myocardial infarction: preliminary study”. Computers in biology and medicine. Vol. 83. (pp.863-870). 2012.

[23]Humphrey, J.D, R.K. Strumpf and F.C.P. Yin, "Determination of constitutive relation for passive myocardium: I. A new functional form". Journal of Biomechanical Engineering. Vol. 78.  (pp. 333-339). 1990.

[24]Ghaemi H., Behdinan k. and Spence A., "In vitro technique in estimation of passive mechanical properties of bovine heart: part I: Experimental techniques and data". Medical engineering & physics, Vol. 31, (pp.76-82). 2009.

[25]Atluri, S.N, "On constitutive relations at finite strain: Hypo-elasticity and elasto-plasticity with isotropic or kinematic hardening". Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 121, (pp. 551-555), 1999.

[26] Katnelson L." Influence of viscosity on myocardium mechanical activity: A mathematical model". Journal of Theoretical Biology, Vol. 230, (pp. 385-405), 2004.

[27]Lanir Y. and Fung Y.C., "Two dimensional mechanical properties of rabbit skin. I: Experimental system". Journal of Biomechanics, Vol. 7, (pp.29-34), 1974.

[28]Lanir Y. and Fung Y.C., "Two dimensional mechanical properties of rabbit skin. II: Experimental Results". Journal of Biomechanics, Vol. 7, (pp.171-182), ‏ 1974. 

[29]Demer L.L. and Yin F.C.P., "Passive biaxial mechanical properties of isolated canine myocardium". Journal of physiology, Vol. 339, (p.615-630), 1983.

[30]Humphrey. J.D, Strumpf R.K. and Yin F.C.P., "On constitutive relation and finite deformations of passive cardiac tissue: I. A pseudo strain-energy function". Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 109, (pp. 298-304), 1987.

[31]Hassan M.A., Hamdi M. and Noma A., "The nonlinear elastic and Viscoelastic passive properties of left ventricular papillary muscle of a Guinea pig heart". Journal of the Mechanical behavior of biomedical materials, Vol. 5(1), (pp. 99-109), 2012.

[32]"Abaqus Theory Manual". 2011.

[33]Dalin T., Chun Y., Tal G. and Pedro J., "Image-based patient-specific ventricle models with fluid–structure interaction for cardiac function assessment and surgical design optimization". Journal of Progress in Pediatric Cardiology Vol. 30, (pp. 51-62), 2010.

[34]Donéa J., “Arbitrary Lagrangian Eulerian methods, in Encyclopedia of Computational Mechanics”. John Wiley & Sons,  2004.

[35]Stoker C., “Development of the Arbitrary-Lagrangian-Eulerian method in non-linear solid mechanics”. Application to forming processes, University of Twente, 1999.

[36]Ansys User Guide, Release 13, Canonsburg Ansys Inc., 2010.

[37]Yonggunag C., Herbert O. and Torsten S.," Fluid-Structure Coupled CFD Simulation of The left Ventricular Flow During Filling phase", Annals of Biomechanical Engineeing, Vol. 33, (pp. 567-576), 2005.

[38]Nikoo R., Gosman A., Nigel B., Philip J., Clare L. and David N.,”Progress towards Patient-Specific Computational Flow of Left Heart via Combination of Magnetic Resonance Imaging with Computational Fluid Dynamics”. Journal of Biomedical Engineering. Vol. 31, (pp.42-55), 2003.

[39]Kim H. and Walker P., "Left Ventricular Blood Flow Patterns in Normal Subjects: A Quantitative analysis By Three-Dimensional Magnetic Resonance Velocity Mapping”. Journal American Coll. Cardiology. Vol. 26, (pp.224-238), 1995.

[40]Garcia M. and  Lopez C., "Hyperelastic material modeling ", 2005.

[41]Bonet J. and Wood R.,"Nonlinear Continuum Mechanics For Finite Element Analysis". Cambridge University Press, 2008.

[42]Barbara M. and  Johnston R., "Non-Newtonian Blood Flow in Human Right Coronary Arteries: Steady State Simulations". School of science Griffith University, 2003.