Modeling Pulse Wave Propagation Through a Stenotic Artery With Fluid Structure Interaction: A Validation Study Using Ultrasound Pulse Wave Imaging

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作者
Vittorio Gatti,Pierre Nauleau,Grigorios Marios Karageorgos,Jay Shim,Gerard A. Ateshian,Elisa E. Konofagou
出处
期刊:Journal of biomechanical engineering [ASM International]
卷期号:143 (3) 被引量:10
标识
DOI:10.1115/1.4048708
摘要

Abstract Pulse wave imaging (PWI) is an ultrasound-based method that allows spatiotemporal mapping of the arterial pulse wave propagation, from which the local pulse wave velocity (PWV) can be derived. Recent reports indicate that PWI can help the assessment of atherosclerotic plaque composition and mechanical properties. However, the effect of the atherosclerotic plaque's geometry and mechanics on the arterial wall distension and local PWV remains unclear. In this study, we investigated the accuracy of a finite element (FE) fluid–structure interaction (FSI) approach to predict the velocity of a pulse wave propagating through a stenotic artery with an asymmetrical plaque, as quantified with PWI method. Experiments were designed to compare FE-FSI modeling of the pulse wave propagation through a stenotic artery against PWI obtained with manufactured phantom arteries made of polyvinyl alcohol (PVA) material. FSI-generated spatiotemporal maps were used to estimate PWV at the plaque region and compared it to the experimental results. Velocity of the pulse wave propagation and magnitude of the wall distension were correctly predicted with the FE analysis. In addition, findings indicate that a plaque with a high degree of stenosis (>70%) attenuates the propagation of the pulse pressure wave. Results of this study support the validity of the FE-FSI methods to investigate the effect of arterial wall structural and mechanical properties on the pulse wave propagation. This modeling method can help to guide the optimization of PWI to characterize plaque properties and substantiate clinical findings.
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