بخشی از مقاله
خلاصه
عمل جراحی بایپس یک روش معمول و موثر برای درمان گرفتگی عروق و بیماریهای قلبی است. اما در بسیاری از موارد عمل بایپس با شکست و انسداد مجدد رو به رو می شود. مطالعات نشان دادهاند عدم موفقیت بایپس تا حد زیادی به عوامل همودینامیکی از جمله تنش برشی دیواره بستگی دارد در این پژوهش جریان نوسانی و سه بعدی خون در بایپس رگ کرونری- کرونری با زوایای 30 و 40 و 50 درجه و درصدهای گرفتگی 50 و70 درصد و گرفتگی مضاعف 70 درصد با استفاده از نرم افزار کامسول، شبیهسازی شد. دیواره رگ صلب و سیال غیرنیوتونی فرض شد، بدین منظور از مدل غیرنیوتونی کارو استفاده شده است.
هدف از این شبیهسازی تعیین نواحی مستعد گرفتگی مجدد و بررسی اثرات مختلف گرفتگی و همچنین اثرات ناشی از زوایای مختلف پیوندی بر روی رژیم جریان خون به ویژه بر روی مقادیر تنش برشی وارده در نواحی انشعاب میباشد . نتایج شبیهسازی نشان میدهد با افزایش میزان و تعداد گرفتگی رگ میزبان امکان گرفتگی مجدد بیشتر خواهد شد . با کاهش زاویه پیوندی نوسانات جریان کمتر و میزان عبور خون از رگ بایپس بیشتر می شود زاویهی پیوندی نزدیک به 30 درجه به عنوان زاویهی مطلوب پیوندی معرفی شدهاست.
کلمات کلیدی: رگ کرونری، بایپس، جریان سه بعدی، جریان نوسانی خون
.1 مقدمه
بیماریهای عروق کرونری1 علت اصلی مرگ در جهان بهشمار میرود و پیشبینی شدهاست که %14,2 از کل مرگ و میر در دنیا را تا سال 2030 تشکیل دهند. براساس گزارش انجمن قلب آمریکا، بیماریهای قلبی-عروقی با آمار حدود %34,3 از کل مرگ و میر بهعنوان عامل اصلی مرگ در جهان گزارش شدهاست - 1نفر در هر 2,9 نفر - .یکی از شایعترین بیماریهای قلبیعروقی، آتروسکلروزیس2 یا تصلب شرائین است که دراثر رسوب کلسترول و لیپیدهای کمچگال در دیوارهی رگهای متوسط و بزرگ ایجاد میشود. ازجمله عروقی که پیدایش این بیماری در آنها بسیار مهم است، عروق کرونری، کاروتید و فمورال موجود در قلب، مغز، لگن، پاها، بازوها و کلیهها میباشد.
در عروق کرونر قلب گسترش این بیماری منجر به بروز شوک و یا سکتهی قلبی میگردد. یکی از راه های درمان این بیماری عمل جراحی بایپس است. در بسیاری از موارد عمل بایپس با شکست و گرفتگی مجدد مواجه میشود. مطالعات نشان دادهاست که این گرفتگی مجدد به عوامل همودینامیکی خون از جمله تنش برشی دیوارهی3 رگ بستگی دارد. با مشخص شدن مکانیزم ایجاد گرفتگی مجدد پزشکان قادر خواهند بود وقوع این پدیده را به حداقل برسانند. درسالهای اخیر و با پیشرفت تکنیکهای دینامیک سیالات محاسباتی تحقیقات بسیار گستردهای برای مدلسازی جریان خون در محلهای مستعد برای این بیماری توسط محققان صورت گرفتهاست .
در بیشتر تحقیقات انجام شده ، جریان خون به صورت جریانی دائم، تراکم ناپذیر، و کاملا توسعه یافته، با توزیع سهموی در ورودی، در نظر گرفته شدهاست و همچنین سیال بصورت نیوتونی در نظر گرفته شده است؛ این در حالی است که بر اساس شواهد، خون یک سیال نیوتونی نیست و جریان آن به دلیل پمپاژ خون توسط قلب به صورت نوسانی است. هدف از این پروژه شبیهسازی و بررسی اثرات درصدهای مختلف گرفتگی و تعداد آنها و همچنین اثرات ناشی از زوایای مختلف پیوندی برروی رژیم جریان خون پالسی در رگ کرونری دارای بایپس است.در زیر به شرح مختصری از تاریخچه مطالعات اخیر جریان خون میپردازیم:
درسال 2002 آنتونی لی و همکاران >1@ با مقایسهی نتایج تصویر برداری رزونانس مغناطیسی و نتایج حاصل از شبیه سازی جریان خون در بایپس آئورتی هشت خوک اعتبار روش شبیهسازی عددی را مورد بررسی قرار دادند. در سال 2005 سنکانارایانان و همکاران >2@ مدلهای هندسی بایپس کرونری راست و چپ وریدی را بر اساس شرایط واقعی - به نسبت مطالعات قبلی - شبیهسازی کردند و دریافتند که حداکثر تغییرات تنش برشی در اطراف پنجهی ناحیهی انتهایی آناستوموز - 4رگ پیوندی - دیده میشود. در سال 2006 اوکلاهان و همکارانش >3@ اثرات مدل نیوتونی و انواع مدل های غیر نیوتونی را بر تنش برشی مورد مطالعه قرار دادند؛ آنها یک آناستوموز انتها به جانب فمورال را با استفاده از معادلات ساختاری مختلف شبیه سازی کردند و توزیع تنش برشی دیواره را در ناحیهی دیستال بررسی کردند و دریافتند که در نرخ برش بالا تفاوت معنی داری میان توزیع تنش برشی دیواره وجود ندارد اما در نرخ برش کم تفاوت به 300 درصد نیز میرسد.
در سال 2011 چاندرا کنالا و همکاران >4@ به بررسی رگ کرونری دارای گرفتگی همراه با بایپس با در نظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه پرداختند و به طور خاص افت فشار را در رگ های با گرفتگی از دو جنس متفاوت و همچنین رگ صلب مقایسه کردند. قناعت و همکاران >5@ در سال 2016 با شبیهسازی جریان خون با پالس فمورال و با فرض سیال غیر نیوتونی و دیواره صلب رگ نشان دادند که استفاده از بایپس در رگهای حاوی تنگی میزان تنش برشی متوسط را کاهش میدهد. آنها همچنین تاثیر میدان مغناطیسی بر گردش خون را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که وجود میدان مغناطیسی منجر به کاهش سرعت محوری خون میشود و نیروی مغناطیسی اعمال شده بر خون به عنوان یک نیروی کششی ویسکوزیته را افزایش خواهدداد.
.2 هندسه مسئله
هندسه کلی ایجاد شده در نرم افزار کامسول مطابق شکل1 است. برای شبکهبندی از مش انتخابی نرمافزار استفاده شدهاست. قطر رگ پیوندی و رگ میزبان برابر با 4 میلی متر فرض شده است و طول رگ میزبان درتمامی هندسهها 15 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. رگ پیوندی به صورت قطاعی از دایره به شعاع 5 سانتیمتر فرض شده است. نیز همان زاویهی آناستوموزاست. بهمنظور ایجاد گرفتگی از رابطهی - 1 - استفاده شدهاست.در این رابطه s قطر گرفتگی است و D قطر رگ و برابر4 میلیمتر است. برای مثال در گرفتگی 70 درصد قطر گرفتگی برابر با 1,2 میلیمتر است.
.3 روش حل
برای مدلسازی جریان خون از معادلات ناویر استوکس و معادلهی بقای جرم یا پیوستگی، روابط - 2 - و - 3 - استفاده شدهاست. در معادله ناویر استوکس1 از ترم نیروهای حجمی - - F صرف نظر شده است.
