Компьютерное моделирование течения жидкости через биопротез клапана сердца

Работа описывает особенности численного моделирования потоков жидкости переменной вязкости в задачах исследования протезов клапанов сердца in silico. Компьютерное моделирование и его верификация выполнены на примере клинического медицинского изделия, применяемого в современной кардио-хирургической практике — биопротеза «ЮниЛайн» (Россия). Трехмерная пространственная модель объекта исследования была получена методом компьютерной микротомографии, с последующей реконструкцией сетки примитивов по двумерным срезам. В численном эксперименте использован метод погруженной границы, учитывающий взаимодействие твердого тела и жидкости, а также механику деформации элементов протеза – створчатого аппарата. Верификация расчетного алгоритма выполнена в установке пульсирующего потока в условиях имитации физиологических параметров гидродинамики, аналогичных используемым in silico. В целом, результаты моделирования согласуются с количественными и качественными данными гидродинамического эксперимента. Так, при численном моделировании был получен транспротезный градиент $3.0 \pm 1.1$ мм рт.ст., эффективная площадь отверстия $2.8$ см$^2$, объем регургитации — $0.1$ мл/мин. В то время, как при натурном эксперименте аналогичные показатели составили: $6.5 \pm 3.6$ мм рт.ст.; $2.3 \pm 0.6$ см$^2$; $3.1 \pm 1.7$ мл/мин, соответственно. Приведенный метод демонстрирует перспективность и может быть применен в задачах проектирования и исследовательских работах.