شبیه سازی محاسباتی پدیده آمبولی ریوی با استفاده از تصاویر رادیولوژیکی بیمار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/دانشگاه تهران

2 دانشیار/دانشگاه تهران

3 دانشیار/دانشگاه علوم پزشکی تهران

چکیده

آمبولی ریوی یکی از شایع‌ترین بیماری‌ها در میان جوامع بشری به‌خصوص بیماران بستری است. با این‌وجود، تاکنون این پدیده از منظر مکانیکی مورد بررسی قرار نگرفته و اطلاعات اندکی درباره‌ی عوامل همودینامیکی موثر در مسیر حرکت لخته و برهم‌کنش میان آن‌ها وجود دارد. این بیماری علی‌رغم درمان‌پذیری مناسب در صورت تشخیص به‌موقع، به‌دلیل داشتن علائمی مشترک با سایر بیماری‌ها و در نتیجه دشوار شدن تشخیص به‌موقع و آسان آن، اغلب در شرایط حاد منجر به مرگ می‌شود. در این پژوهش، با استفاده از تصاویر پزشکی مربوط به یک بیمار، هندسه‌ی بخشی از شریان ریوی مطابق با آناتومی یک بیمار خاص ساخته شد. با استفاده از معادلات حاکم بر جریان خون و لخته که توسط الگوریتم محاسباتی برهم‌کنش سیال-سازه و در یک سیستم فرمول‌بندی لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) حل شد، حرکت لخته در شریان شبیه‌سازی شد. برای مدل جامد نیز از یک مدل ویسکوالاستیک مطابق با خواص لخته‌های وریدی استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین تنش وارد شده بر لخته در زمان s 46841/0به میزان Pa 56/957 در هنگام عبور از انشعاب شریان رخ داد. با توجه به زمان اسقرار مقادیر تنش بیشینه در لخته، نسبت به رشد یا گسیختگی لخته می‌توان پیش‌بینی‌هایی داشت. حضور لخته در جریان به‌طور متوسط سبب افت تنش برشی وارد بر دیواره‌ها از Pa 7697/1 به Pa 02761/1 می‌شود که می‌تواند در صورتی که لخته‌ها مکررا از مسیر شریان‌های ریوی عبور کنند، موجب کاهش انعطاف‌پذیری، افزایش مقاومت عروقی و اختلال در عملکرد سلول‌های اندوتلیال و متعاقباً بیماری‌هایی از قبیل افزایش فشار ریوی (PAH) ‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A patient-specific computational simulation of pulmonary embolism using radiological images

نویسندگان [English]

  • Fateme Mirakhorly 1
  • Bahman Vahidi 2
  • Marzieh Pazoki 3
1 MSc student/University of Tehran
2 Associate professor/University of Tehran
3 Department of Pulmonary Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده [English]

Pulmonary embolism (PE) is one of the most prevalent diseases amid hospitalized patients and takes many people lives annually. However, this phenomenon has not been investigated in the field of biomechanics so far and insufficient information is available about hemodynamic factors affecting this phenomenon. Inexplicit signs and symptoms of this illness make it intricate to be diagnosed. In this research, a patient-specific anatomical model of pulmonary arteries has been constructed from computed tomography images (CT images). The fluid-structure interactions method was used to simulate motion of the blood clot. In addition, Navier-Stokes equations, as the governing equations, have been solved in an arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation. Furthermore, viscoelastic parameters were adopted in accordance with the red blood clot (stemmed from deep veins) properties for the structure model (emboli). Results revealed that the maximum shear stress magnitude applied on the embolus equals 957.56 Pa at 0.46841 s that was occurred when the clot plow into the wall of the artery. Based on the residence time of high magnitudes of stress in the clot, some predictions on clot lysis or development may be elaborated. In addition, the average shear stress of the arterial wall was reduced from 1.7697 to 1.02761 Pa due to the presence of the embolus. This reduction may lead to such phenomena as high pulmonary arterial resistance, low pulmonary arterial compliance, endothelial dysfunction, and consequently cause right heart dysfunction and pulmonary arterial hypertension (PAH) if different clots repeatedly pass through the arteries.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pulmonary Embolism (PE)
  • Fluid-Structure Interactions (FSI)
  • Viscoelasticity
  • Blood clot