Characteristics of the pulsatile flow in a 3-dimensional elastic blood vessel are investigated to understand the blood flow phenomena in the human body arteries. In this study, a model for the elastic blood vessel is proposed. The finite volume prediction is used to analyse the pulsatile flow in the elastic blood vessel. Variations of the pressure, velocity and wall shear stress of the pulsatile flow in the elastic blood vessel are obtained. The magnitudes of the velocity waveforms in the elastic blood vessel model are larger than those in the rigid blood vessel model. The wall shear stresses on the elastic vessel vary with the blood vessel motions. Amplitude indices of the wall shear stress for blood in the elastic blood vessel are $4\sim5$ times larger than those of the Newtonian fluid. As the phase angle increased, point of the phase angle is are moved forward and the wall shear stresses are increased for blood and the Newtonian fluid.
Characteristics of pulsatile flow in 3-dimensional elastic vessel wall should be investigated in order to understand the physiological blood flow in human body. In this study, the modelling of the physiological blood flow in the elastic blood vessel is proposed. Variation of the pressure and the velocity wavefroms are obtained using the FSI method
Analyzing the characteristics of blood flow in the blood vessels is very important to diagnose the circulatory diseases. In order to investigate the hemodynamic characteristics in vivo, the measurements of blood flows inside the extraembryonic arterial and venous blood vessels of chicken embryos were carried out using an in vivo micro-PIV technique. The circulatory diseases are closely related with the formation of abnormal hemodynamic shear stress regions, thereby it is important to get blood velocity and vessel's morphological information according to the vessel configuration and the flow conditions. In this study, the flow images of RBCs in blood vessels were obtained using a high-speed CMOS camera with a spatial resolution of approximately 14.6${\mu}$m${\times}$14.6${\mu}$m in the whole circulation network of blood vessels. The blood flows in the veins and arteries show steady laminar and unsteady pulsatile flow characteristics, respectively. The mean blood flows merged (in veins) and bifurcated (in arteries) smoothly into the main blood vessel and branches, respectively, without any flow separation or secondary flow which accompanying large variation of shear stress. Vorticity was high in the inner regions for both types of vessels, where the radius of curvature varied greatly. The instantaneous flows in the arterial blood vessels showed noticeable pulsatility due to the heart beat, and the main features of the velocity waveforms, including pulsatile shape, retrograde flow, mean velocity, maximum velocity and pulsatile frequency, were significantly dependent on the pulsatile condition which dominates the arterial blood flow. In near future, these in vivo experimental results of blood flow measured in various extraembryonic blood vessels would be very useful to understand the hemodynamic characteristics of human blood flows and various blood flow researches for clinically useful hemodynamic discoveries as well.
Using numerical models, we investigated the efficiency of toxin removal using pulsatile flow in blood purification systems that use semipermeable membranes. The model consisted of a three-compartmental mass transfer model for the inside body and a solute kinetics model for the dialyzer. The model predicted the toxin concentration inside the body during blood purification therapy, and the toxin removal efficiencies at different flow configurations were compared quantitatively. According to the simulation results, the clearances of urea and ${\beta}_2$ microglobulin (B2M) using a pulsatile pump were improved by up to 30.9% for hemofiltration, with a 2.0% higher urea clearance and 4.6% higher B2M clearance for high flux dialysis, and a 3.9% higher urea clearance and 8.2% higher B2M clearance for hemodiafiltration. These results suggest that using a pulsatile blood pump in blood purification systems with a semipermeable membrane improves the efficacy of toxin removal, especially for large molecules and hemofiltration treatment.
Park, Choeng-Ryul;Kim, Chang-Nyung;Kwon, Young-Joo;Lee, Jae-Won
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.7
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pp.1073-1082
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2003
Many researchers have investigated the blood flow characteristics through bileaflet mechanical heart valves using computational fluid dynamics (CFD) models. Their numerical approach methods can be classified into three types; steady flow analysis, pulsatile flow analysis with fixed leaflets, and pulsatile flow analysis with moving leaflets. The first and second methods have been generally employed for two-dimensional and three-dimensional calculations. The pulsatile flow analysis interacted with moving leaflets has been recently introduced and tried only in two-dimensional analysis because this approach method has difficulty in considering simultaneously two physics of blood flow and leaflet behavior interacted with blood flow. In this publication, numerical calculation for pulsatile flow with moving leaflets using a fluid-structure interaction method has been performed in a three-dimensional geometry. Also, pulsatile flow with fixed leaflets has been analyzed for comparison with the case with moving leaflets. The calculated results using the fluid-structure interaction model have shown good agreements with results visualized by previous experiments. In peak systole. calculations with the two approach methods have predicted similar flow fields. However, the model with fixed leaflets has not been able to predict the flow fields during opening and closing phases. Therefore, the model with moving leaflets is rigorously required for advanced analysis of flow fields.
Previous trials for development of a pulsatile-Extracorporeal Life Support had some defects such as insufficient blood flow, high pressure at its membrane oxygenator and the high risk of blood cell damage. To solve those problems of previous pulsatile-ECLSs, we suggest dual pulsatile blood pump structure for the new pulsatile-ECLS. Two pulsatile pumps areconnected in a parallel manner and this new structure raises the inflow capacity and efficiency and it decreases the high blood pressure at membrane oxygenator. In in-vitro experiments, The Energy Equivalent Pressure Increment(EEP inc.) was 10%, and it showed that its pulsatilty was $5{\sim}10$ times higher than other commercial ECLS In in-vivo experiments, we had applied a new pulsatile-ECLS to 30 Kg pigs and a new pulsatile-ECLS couldsupport high blood flow and pulsatility above 2 L/min, 10% EEP inc.
Song, Jae Min;Hong, Hyeonji;Ha, Yi Kyung;Yeom, Eunseop
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.17
no.2
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pp.10-16
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2019
Considering the role of viscosity in the hemorheology, the characteristics of non-Newtonian fluid are important in the pulsatile blood flows. Stenosis, with an abnormal narrowing of the vessel, contributes to block blood flows to downstream tissue and lead to plaque rupture. Therefore, systematic analysis of blood flow around stenosed vessels is crucial. In this study, non-Newtonian behaviors of blood analog fluids around the micro-stenosis with 60 % severity in diameter of $500{\mu}m$ was examined by using CFX under the pulsatile flow conditions with the period of 10 s. Viscosity information of two non-Newtonian fluids were obtained by fitting the value of normal blood and highly viscous blood. As the Newtonian fluid, the water at room temperature was used. During the pulsatile phase, wall shear stress (WSS) is highly oscillated. In addition, high viscous solution gives rise to increases the variation in the WSS around the micro-stenosis. Highly oscillating WSS enhance increasing tendency of plaque instability or rupture and damage of the tissue layer. These results, related to the influence on the damage to the endothelium or stenotic lesion, may help clinicians understand relevant mechanisms.
The pulsatile flow of blood through a stenosed artery under the influence of external periodic body acceleration is studied. The effect of non-Newtonian nature of blood in small blood vessels has been taken into account by modeling blood as a Casson fluid. The non-linear coupled equations governing the flow are solved using perturbation analysis assuming that the Womersley frequency parameter is small which is valid for physiological situations in small blood vessels. The effect of pulsatility, stenosis, body acceleration, yield stress of the fluid and pressure gradient on the yield plane locations, velocity distribution, flow rate, shear stress and frictional resistance are investigated. It is noticed that the effect of yield stress and stenosis is to reduce flow rate and increase flow resistance. The impact of body acceleration is to enhance the flow rate and reduces resistance to flow.
Blood pulsation has been reported to have an advantageous effect on extracorporeal blood circulation. However, the study of pulsatile blood flow in renal replacement therapy is very limited. The in-vitro experimental results of pulsatile blood flow on ultrafiltration, when compared with the conventional roller pump, are described in this paper. Methods: Blood flow rate (QB) and transmembrane pressure (TMP) were considered as regulating factors that have an influence on ultrafiltration. Experiments were performed under the condition of equal TMP and OB in both pulsatile and roller pump groups, Several kinds of hollow fiber dialyzers were tested using distilled water containing chemicals as a blood substitute. Mean TMP (mTMP) varied from 10 to 90mmHg while the QB was 200ml/min. Results: Ultrafiltration rate (QUF) was found to be linearly proportional to TMP, whereas QB had little influence on QUF. In addition, QUF was higher in the pulsatile group than the roller pump group at the identical TMP. Conclusion: In the controlled test, QUF increased solely as a consequence of blood pulsation, which implies that the pulse frequency represents an additional and important clinical variable during renal replacement therapy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1585-1596
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2002
The objectives of the present study are to numerically and experimentally investigate the steady and pulsatile flow phenomena in the circular tubes, to quantitatively compare the flow characteristics of Newtonian and non-Newtonian fluids, and to find meaningful hemodynamic information through the flow analysis in the human blood vessels. The particle image velocimetry is adopted to visualize the flow fields in the circular tube. and the results from the particle image velocimetry are used to validate the results of the numerical analysis. In order to investigate the blood flow phenomena in the circular tube. constitutive equations, which are suitable to describe the rheological properties of the non-Newtonian fluids. are determined, and the steady and pulsatile momentum equations are solved by the finite volume prediction. The velocity vectors of the steady and pulsatile flow in the circular tube obtained by the particle image velocimetry arc in good agreement with those by the numerical analysis. For the given mass flow rate. the axial velocity profiles of the Newtonian and the non-Newtonian fluids appear differently. The pulsatile flow phenomena of the Newtonian and the non-Newtonian fluids are quite different from those of the steady flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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