Υπολογισμός αιμοδυναμικών δεικτών με τη χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής για τον προσδιορισμό πιθανών σημείων δημιουργίας αθηρωμάτων στις στεφανιαίες αρτηρίες

• Main Author: Μπουτόπουλος, Ιωάννης
• Other Authors: Λουκόπουλος, Βασίλειος
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2017
• Subjects: Υπολογιστική ρευστοδυναμική; Αθηρωματική πλάκα; Αιμοδυναμικοί δείκτες; Computational fluid dynamics (CFD); Atherosclerosis; Hemodynamics indices; 616.136 07

Η αθηρωμάτωση είναι μια χρόνια αγγειακή νόσος των μεσαίων και μεγάλων αρτηριών. Είναι μια εξελικτική νόσος που αρχίζει από τη παιδική ηλικία και έχει κλινικές εκδηλώσεις από τη μέση έως την ώριμη ενήλική ζωή. Θεωρείται η κύρια αιτία νοσηρότητας και θνησιμότητας στο αναπτυγμένο κόσμο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν δυο διαφορετικές τεχνικές προσέγγισης αρτηριακού τοιχώματος (σταθερό-Rigid και ελαστικό-FSI) με σκοπό τον προσδιορισμό αιμοδυναμικών δεικτών (διατμητική τάση-WSS, μέση χρονική διατμητική τάση-TAWSS, δείκτης διατμητικής ταλάντωσης-OSI, σχετικός χρόνος παραμονής-RRT) μέσω των οποίων μπορεί να προσδιοριστούν οι περιοχές ανάπτυξης της αθηρωματικής πλάκας στις στεφανιαίες αρτηρίες. Αρχικά, γίνεται μια λεπτομερή παρουσίαση του ιατρικού προβλήματος, ώστε να γίνει κατανοητή η σημασία της ανάπτυξής του υπολογιστικού μοντέλου με σκοπό τον υπολογισμό παραμέτρων οι οποίες μπορούν να φανούν χρήσιμές στη κλινική αντιμετώπιση της νόσου. Κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των μοντέλων πραγματοποιήθηκε κατάλληλη επεξεργασία δεδομένων υπολογιστικής τομογραφίας (CT) τα οποία αντλήθηκαν από τη βάση δεδομένων του Αττικού Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου. Στη συνέχεια, μέσω των προγραμμάτων MATERIALISE MIMICS και GEOMAGIC STUDIO έγινε η τρισδιάστατη ανακατασκευή και η επεξεργασία των στεφανιαίων αρτηριών αντίστοιχα. Στο επόμενο στάδιο, οι γεωμετρίες που προέκυψαν από την επεξεργασία εικόνας εισήχθησαν στο λογισμικό εμπορικού κώδικα ANSYS όπου και αναπτύχθηκαν τα υπολογιστικά μοντέλα ρευστομηχανικής. Ως συνοριακές συνθήκες, εφαρμόστηκαν φυσιολογικές κυματομορφές πίεσης και ροής του αίματος στις στεφανιαίες αρτηρίες. Αναλυτικότερα, επικεντρωθήκαμε στη μελέτη της διχάλας της αριστερής στεφανιαίας αρτηρίας (Left Coronary Artery). Μελετήσουμε και στις δύο προσεγγίσεις χωριστά (σταθερού-Rigid και ελαστικού-FSI τοιχώματος), το κατά ποσό η μεταβολή στο μήκος της γεωμετρίας επηρεάζει τους αιμοδυναμικούς δείκτες στη διχάλα της αριστερής στεφανιαίας αρτηρίας. Σε κάθε γεωμετρία έγινε μελέτη για την επιλογή του καταλληλότερου πλέγματος (mesh). Στο τέλος, συγκρίναμε τις δύο τεχνικές ώστε να προσδιορίσουμε κατά πόσο επηρεάζονται οι αιμοδυναμικοί δείκτες όταν λαμβάνουμε υπόψη την κίνηση της στεφανιαίας αρτηρίας εξαιτίας της ροής του αίματος μέσα σε αυτή. Συνοπτικά, στη παρακάτω εργασία απαντάμε σε ερωτήματα που σχετίζονται με τη κλινική χρησιμότητα και σπουδαιότητα αλλά και σε προβλήματα τεχνικής φύσεως. Μελετήθηκαν τέσσερις διαφορετικοί αιμοδυναμικοί δείκτες που εν’ δυνάμει υποδηλώνουν τα σημεία ανάπτυξης της αθηρωματικής πλάκας ενώ υπάρχει δυνατότητα για δημιουργία νέων δεικτών. Απαντάμε στα ερωτήματα, ποια από τις δυο προσεγγίσεις που αναπτύχθηκαν είναι η καταλληλότερη και κατά πόσο το μήκος της γεωμετρίας επηρεάζει τους αιμοδυναμικούς δείκτες στο σημείο μελέτης, έτσι ώστε αν είναι δυνατό να μελετήσουμε τοπικά μια περιοχή ώστε να μειώσουμε τον υπολογιστικό χρόνο της λύσης.