S'abonner

Three-Dimensional Computational Modeling of an Extra-Descending Aortic Assist Device Using Fluid-Structure Interaction - 13/02/21

Doi : 10.1016/j.irbm.2020.11.003 
A. Heidari a, S. Rahmani b, C. Pop c, B. Saed d, A. Mahpour e, M. Navidbakhsh e, , M. Alizadeh e
a Department of Mathematics and Statistics, McGill University, Montreal, QC, H3A 0B9, Canada 
b Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby 2800, Denmark 
c Faculty of Medicine, McGill University, Montreal, QC, Canada 
d School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran 16846, Iran 
e School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran 16846, Iran 

Corresponding author.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

pages 13
Iconographies 11
Vidéos 0
Autres 0

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Three-dimensional modeling of a prototype cardiac assist device using FSI is conducted.
Impacts of device implantation on hemodynamic patterns in aorta and aortic valve are investigated.
The device augments the outflows by the amount of 15 ml per cycle.
No remarkable force is exerted on the aortic valve by the device at the descending aorta.
The maximum von Mises stress created at the walls is about 3.3 MPa.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

The incidence of heart failure is anticipated to rise by 2030, resulting in more than 8 million adults with this condition in US. Despite the advancement in pharmacological and surgical treatments, some patients progress to severe forms of cardiac dysfunction requiring cardiac transplantation as a last-resort treatment. Cardiac assist devices play an essential role in the recovery of normal cardiac performance through reversible remodeling or in assisting the weak organ to prolong survival rate. However, these devices need to be monitored carefully, as prolonged use may lead to physiological maladaptation and further cardiac complications. The optimization of such devices has done through the development and use of numerical simulations that allow the analysis of in-vivo hemodynamic patterns of blood flow. This study aims to investigate the performance of a model of extra-aortic assist device surrounding the descending aorta through three-dimensional patient-specific modeling.

Methods

A three-dimensional model of the aorta was constructed from patient-specific cardiac CT images of a 60-year-old male diagnosed with left ventricular failure at the Tehran Heart Center (THC). Numerical simulation was conducted for two complete cardiac cycles using fluid-structure interaction (FSI) analysis under the assumption that the balloon and the aortic vessel behave as linear elastic materials, and that blood is a Newtonian and incompressible fluid.

Results

The numerical simulation demonstrated a high correlation between the FSI analysis and clinical data of the patient-specific anatomical and physiological conditions. Blood velocity, pressure, deformation, and strain contours were simulated and analyzed through three-dimensional modeling. Compared to the unassisted aorta, the device provided an increase in blood flow displacement of an additional 15 ml of blood in the descending aorta, brachiocephalic, carotid, and subclavian arteries. The maximum von Mises stress distribution across the aortic vessel was higher than the stress imposed on the system in the unassisted heart, with values of 3.3 MPa and 0.28 MPa, respectively. Numerical investigation of structural responses revealed that no remarkable force was exerted on the aortic valve by the device at the descending aorta.

Conclusion

We present the numerical investigation of a counterpulsation device around the descending aorta that has not previously been tested on human or animal models. While this extra-aortic balloon pump (EABP) did not show a significant improvement in coronary perfusion, there is room for improvement in further studies to optimize the geometry of the balloon. Additional investigations are required to determine the efficacy of this device and its safety before in-vivo experimental studies are pursued. This simulation has clinical relevance when choosing an appropriate cardiac assist device to address patient-specific physiological and pathological conditions.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Extra-descending aortic balloon pump, Hemodynamic patterns, Left ventricular failure, Fluid-structure interaction (FSI), Balloon's inflation and deflation


Plan


© 2020  AGBM. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 42 - N° 1

P. 35-47 - février 2021 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • Development of an Intelligent Mobile Health Monitoring System for the Health Surveillance System in Indonesia
  • Y.A. Djawad, S. Suhaeb, H. Jaya
| Article suivant Article suivant
  • Increased Co-contraction Activity During Push-Off Phase of Walking in Healthy Women
  • A. Strazza, A. Mengarelli, F. Verdini, S. Cardarelli, A. Tigrini, C. Morbidoni, S. Fioretti, F. Di Nardo

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’achat d’article à l’unité est indisponible à l’heure actuelle.

Déjà abonné à cette revue ?

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2026 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.