弾性Yモデルの実験的流量研究

アテローム性動脈硬化の原因と歴史を決定するには、血液循環の血行動態パラメーターを理解する必要があります。血行動態パラメーターは、特に流れが壁から分離する曲がり角と分岐の近くのアテローム性動脈硬化プラークの形成に重要な役割を果たします。ここでは、流れは層状で非軸であり、渦、二次流量、流れの分離、停滞点があります。狭窄は、主に流量分離領域に見られます。したがって、次の流れパラメーターを個別に研究することが重要です：定常および拍動性の流れ、壁の弾力性、血液の非ニュートン流挙動。これらのパラメーターの分析には、ヒト頸動脈をシミュレートするシンプルなシリコン弾性Yモデルを使用しました。このモデルは、数値研究にも使用できます。流れは、染料を使用して定常流で視覚化され、光弾性装置と複屈折溶液を備えた脈拍の流れで視覚化されました。定常および脈拍の流れでの局所軸速度は、1成分レーザードップラーアニメーター（LDA）で決定されました。拍動流は、ピストン膜ポンプによって生成されました。グリセリン水溶液を使用して、血液のニュートン流挙動をシミュレートしました。DMSO-Separan水溶液を使用して、非ニュートンの流れの挙動をシミュレートしました。拍動流は、速度振幅に応じて、安定した流れと比較して、いわゆる振動せん断速度を高くし、低いせん断速度を生成します。非ニュートン液は、特に流れの分離領域で、ニュートン液とは著しく異なる流れ挙動を示しました。せん断勾配は、二気圧スプライン補間を使用して、これらの速度測定から計算されました。これらの速度せん断勾配と、これらのせん断勾配での非ニュートン液の粘度からせん断応力が計算されました。特別なエリアでは、10 PAを超える高せん断応力が見つかりました。モデル壁の弾力性も流れの動作に影響します。測定では、脈拍の流れの特性とモデル壁の弾力性が付随して観察されるべきであることが示されました。この論文では、弾性モデルのニュートン液と非ニュートンの液体を備えた安定した拍動性の流れを紹介します。

To determine the causes and history of atherosclerosis it is necessary to understand the hemodynamic parameters of blood circulation. Hemodynamic parameters play an important role in the formation of atherosclerotic plaques, especially near bends and bifurcations where the flow separates from the wall. Here the flow is laminar and non-axial with eddies, secondary flow, flow separation and stagnation points. Stenoses are found predominantly in flow separation areas. Therefore, it is important to separately study the following flow parameters: steady and pulsatile flow, wall elasticity and non-Newtonian flow behavior of blood. A simplified silicon elastic y-model simulating the human carotid artery was used for the analysis of these parameters. This model can be used for numerical studies as well. Flow was visualized at steady flow using dyes and at pulsatile flow with a photoelastic apparatus and a birefringent solution. The local axial velocity at steady and pulsatile flow was determined with a one-component Laser-Doppler-Anemometer (LDA). Pulsatile flow was generated by a piston membrane pump. A glycerin-water solution was used to simulate the Newtonian flow behavior of blood. A DMSO-Separan water solution was used to simulate the non-Newtonian flow behavior. Pulsatile flow creates higher and lower shear rates so called oscillating shear rate compare to steady flow depending on the velocity amplitude. The non-Newtonian fluid showed a markedly different flow behavior than the Newtonian fluid especially in areas of flow separation. Shear gradients were calculated from these velocity measurements using a bicubic spline interpolation. Shear stresses were calculated from these velocity shear gradients and the viscosity of the non-Newtonian fluid at these shear gradients. At special areas, high shear stresses > 10 Pa were found. The elasticity of the model wall also influences the flow behavior. The measurements showed that the characteristics of pulsatile flow and the elasticity of the model wall should be observed concomitantly. This paper presents the steady and pulsatile flow with a Newtonian and non-Newtonian fluid in an elastic model.