BIOMECHANICAL MODELING OF CHOLEDOCH BILE FLOW IN CHOLEDOCHOLITHIASIS IN THE PROJECT “VIRTUAL PHYSIOLOGICAL HUMAN”


Cite item

Full Text

Abstract

Aim. To ground the role of biomechanics in development of the model of biliary system within the norm and pathology in the frame of the project “Virtual Physiological Human”. The model will be based on the methods of computational biomechanics using anatomical, experimental, physiological data of hepatopancreatoduodenal (HPD) organs obtained by means of radial diagnostic methods determining the unique anatomy of a patient. Mathematical solution of the task of bile flow in the common bile duct in case of chloledocholithiasis is presented as an initial stage in realization of dynamic modeling of bile flow in the anhepatic bile-excreting tracts. Materials and methods. The problem was posed and the mathematical model of bile flow in the choledoch with concretion in its acute blockade was developed. The model is based on solution of the Navier-Stokes equation recorded for non-newton fluid (Casson fluid) in special conditions. Results. Flow rate profiles, dependence of duct lumen bile flow on time and concretion size as well as dependence of biliary pressure on choledoch and concretion diameter are presented in the paper. Conclusions. The worked out mathematical model permits to estimate dynamics of the postoperative period and to predict the development of specific complications based on changes in the values of choledoch biliary pressure from the side of HPD organs. Moreover, estimation of biliary pressure in the duct is objective for determination of biliary decompression efficiency during endoscopic transpapillary interventions on the large duodenal papilla when the pressure is high and the bile excretion volume is less than 35 % of the proposed standard.

About the authors

V A Samartsev

Пермский государственный медицинский университет им. академика Е. А. Вагнера

доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой общей хирургии № 1 лечебного факультета

A G Kuchumov

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: kychymov@inbox.ru
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической механики и биомеханики

Yu I Nyashin

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

доктор технических наук, профессор кафедры теоретической механики и биомеханики

References

  1. Кучумов А. Г., Няшин Ю. И., Самарцев В. А., Гаврилов В. А., Менар М. Биомеханический подход к моделированию билиарной системы как шаг в направлении к построению виртуальной модели физиологии человека. Российский журнал биомеханики 2011; 52: 32-48.
  2. Кучумов А. Г., Гилев В. Г., Попов В. А., Самарцев В. А., Гаврилов В. А. Экспериментальное исследование реологии патологической желчи. Российский журнал биомеханики 2011; 53: 52-60.
  3. Самарцев В. А. Пути улучшения хирургического лечения холелитиаза у групп высокого операционного риска: оптимизация методов диагностики, этапного эндоскопического и малоинвазивного лечения, прогнозирование и профилактика осложнений: автореф. дис. … д-ра мед. наук. Пермь. 2005; 38.
  4. Виноградов В. В. Заболевания фатерова сосочка. М. 1962.
  5. Caroli J., Corsos V. La dilatation congetale des voies biliaris intra-hepatiques. Rev. Med. Chir. Mal. Foie. 1964; 39: 1-15.
  6. Currie I. G. Fundamental mechanics of fluids. New York: McGraw-Hill 1974; 441.
  7. Hess W. Die Erkrankungen der gallenwege und des pancreas. Stuttgart: Thieme 1961; 329.
  8. Hunter P., Coveney P., Bono B., Diaz V., Fenner J., Frangi A., Harris P., Hose R., Kohl P., Lawford P., Mccormack K., Mendes M., Omholt S., Quarteroni A., Skår J., Tegner J., Randall T., Tollis I., Tsamardinos I., Van Beek J., Viceconti M. A vision and strategy for the virtual physiological human in 2010 and beyond. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical & Engineering Sciences 2010; 368: 2595-2614.
  9. Kohl P., Noble D. Systems biology and the virtual physiological human. Mol. Syst. Biol. 2009; 5: 292-298.
  10. Liang T. B., Liu Y., Bai X., Yu J., Chen W. Sphincter of Oddi laxity: an important factor in hepatolithiasis. World. J. Gastroenterology 2010; 16: 1014-1018.
  11. Mallet-Guy P., Rose J. Pre-operative manometry and radiology in biliary tract disorders. Br. J. Surg. 1956; 44: 128-136.
  12. Viceconti M., Clapworthy G., Van Sint Jan S. The Virtual Physiological Human - a European initiative for in silico human modelling. J. Physiol. Sci. 2008; 58: 441-446.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2015 Samartsev V.A., Kuchumov A.G., Nyashin Y.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).