In vitro experimental flow analysis inside an arteriovenous graft to vein connection

Abstract

Akış ölçümleri, graft bağlantı bölgesinde laser Doppler anemometri kullanılarak sürekli akış şartlarında deneysel olarak yapıldı. Bu çalışma graft içerisindeki hücre büyümesinden kaynaklanan biomekanik güçlerin önemini daha iyi anlamak için yapılmıştır. Arteriovenüz graft modelinin ifade eden deneysel çalışmada duvar kayma gerilimi ve türbülans seviyesi ölçülmüştür. Graft çapına bağlı olarak maksimum ve ortalama Reynolds sayıları 2400 ve 1400 olarak belirlenmiştir. Akış ölçümleri için akışın %80'i graft girişine %20'side merkezden uzak damar kısmına dağıtılmıştır. Ölçümler toplardamar bölgesindeki çatallaşma kısmında 13 eksende yapılmıştır. Toplardamar bağlantısında dağınık hız profilleri gözlemlenmiştir. Merkeze yakın damar kısmında yüksek türbülans dalgalanmaları ve yüzey gerilim stresi bulunmuştur. Toplardamar bağlantısının çatal kısmında ayrılma bölgesi gözlemlendi. Merkeze yakın damar kısmının girişinde ve içinde kuvvetli ikincil akışlar bulundu. Bu bölgedeki eylemsizlik kuvvetinden dolayı düşük gerilim stres değerleri ve yüksek türbülans meydana gelmiştir. Bu nedenle tibbi uygulamalarda kritik bölgeler olarak düşünülür. Graft tıkanması çoğunlukla bu bölgede oluşur. Bu modelin geometrik açıdan yetersiz olduğu bulunmuştur. Bu tip geometrik bağlantılarda damarın açık kalma oranı çok düşük olacaktır. Bu çalışma sonucunda toplardamar bağlantı bölgesindeki akış alanının karmaşık olduğu görülmüştür.

We present experimental results inside an upscaled end-to-side model of a human arteriovenous (AV) graft using laser Doppler anemometry (LDA) under steady flow conditions. This work is to understand better the importance of biomechanical forces in the development of intimal hyperplasia (IH) within these grafts. We measured the turbulence level and Wall shear stresses (WSS) inside an in vitro model representing an AV arteriovenous graft to vein connection. The steady flow had maximum and mean Reynolds numbers of 2400 and 1400 based on the graft diameter. The flow division was 80% entering from the graft inlet and 20% entering from the distal vein segment (DVS) for flow meaurements. Measurements were made at twenty nine axial locations in the plane of bifurcation at the venous anastomosis (VA). At Reynolds 2400, the velocity profiles were blunt at the inlet of the arteriovenous graft. High turbulence levels and WSS were found in the proximal vein segment (PVS). A separation region was observed at the toe side of the arteriovenous graft. Strong secondary flows were found at the inlet graft and inside the PVS. These regions are considered critical regions for medical applications because of the lower WSS values and higher turbulence levels. The blockage of the graft was mostly seen in this region. We find that this model was implanted with considered very poor geometrical approach. The patency rate of these types geometrical connections will be very low. The results of this study show the flow field inside an AV graft to be complex.