بخشی از مقاله
چکیده
امروزه بیماری های قلبی مرتبط با شریان کرنری بسیار شایع بوده و تخمین زده شده که در جهان امروز عامل مرگ و میر یک از پنج مورد میباشد. اگرچه این نوع بیماری بسیار خطرناک می باشد، امروزه راه های مختلفی از جمله عمل بایپس وجود دارد که می تواند جریان مناسبی برای شریان ها فراهم کند . با این وجود در بیمارانی که بیش از یک شریان گرفته دارند، اینکه جراح از چه مدلی برای بایپس استفاده کند که بیشترین ماندگاری را داشته باشد، همیشه جای بحث بوده استاخیراً. استفاده از روش CFD توسط مهندسان، راهنمایی بسیار بزرگی برای جراحان بوده تا بهترین روش بایپس را برای بیماران استفاده کنند.
در این پروژه سعی شده با استفاده از عکس های سی تی اسکن جمع آوری شده از یک جراح و شبیه سازی عددی، بهترین روش جراحی برای بیمار مورد نظر بدست آید. دو مدل بایپس فردی و متوالی برای بیمار مورد نظر طراحی شد که در آن ها دبی جرمی عبوری از هر رگ گرفته بعد از بایپس و پارامتر های همودینانیکی از جمله تنش برشی در دیواره و تغییرات آنها مورد بررسی قرار گرفتند و مزایا و معایب هر دو روش برای بیمار مورد نظر مطرح شد که به جراح، کمک زیادی در انتخاب روش بایپس میکند.
-1 مقدمه
در سطح جهانی، تعداد مرگ و میر ناشی از بیماری های قلبی و عروقی و گردش خون تا یک سوم بین سال های 1990 و 2010 افزایش یافته و تا سال 2015 ، از هر سه مرگ و میر ناشی از بیماری های قلبی - عروقی خواهد بود . - Mahmood SS et al, 2014 - بایپس عروق کرونر یکی از درمان های رایج موفقیت یک بایپس در بیماران مبتلا به انسداد عروق کرونر است . در عمل قلب باز فرد بر اساس تعداد رگ های گرفتار، یک تا سه گرافت از عروق خونی نقاط دیگر بدن دریافت می کند .
عروقی که به طور معمول برای عمل بایپس مورد استفاده می گیرند عبارتند از: شریان رادیال1 ، شریان ممری2 و ورید صافن. - Al-Sabti HA et al, 2013 - 3 یکی از مشکلات عمده بعد از عمل 4CABG تنگ شدن یا بسته شدن گرافت است . به طور معمول در اولین سال پس از عمل، ترومبوسیس و تجمع پروتیین های رشته ای - فیبروسیس - در لایه اینتیمای گرافت اتفاق میافتد. در مراحل بعدی اینتیما هاپرپلازیا و تصلب شریان عوامل عمده شکست گرافت هستند .
- Bergqvist D, 2008 - جراحی بایپس شریانهای کرنری یک فرایند جراحی برای حفظ جریان خون به منظور رسیدن اکسیژن به ماهیچه قلب است. در جراحی بایپس شریان کرنری، جراح قلب یک مسیر جدید را حول رگ مسدود به وسیله پل زدن توسط یک رگ جایگزین، ایجاد میکند.عمل پیوندی بایپس، بعد از گذشت چند سال به علت افزایش ضخامت انتیما - تنگی مجدد - تمایل به شکست دارد. همودینامیک ناهمگن و عمل بایپس متعاقب آن باعث ایجاد تنگی مجدد شده و عدم موفقیت بایپس میتواند به علت پیشرفت موضعی هایپر - پلازی اینتیمای آناستوموز1 اتفاق بیافتد.
بهعلاوه تشدید زخم جراحی به علت عدم انطباق بین پیوند و سرخرگ به عنوان یک عامل آغاز کننده برای پیشرفت افزایش ضخامت دیواره، در طول خط بخیه در پیوند عروقی که قطر کوچکی دارد، معرفی شده است که تمایل به انسداد سریع را نشان میدهد. اگرچه انتخاب نوع بایپسبرای بیماران مخصوصاً بیمارانی که دارای چند گرفتگی در شریان های خود دارند همواره مورد بحث بوده، امروزه علم مهندسی با شبیه سازی عمل بایپس قبل از عمل بیمار، میتواند کمک بسیار مهمی برای جراح باشد که عملکرد و ماندگاری بیشتر گرافت برای بیماران را تضمین کند.
برلوتی و همکاران - Bertolotti et al,2000 - در مطالعه ای در سال 2000، به شبیهسازی عددی سهبعدی جریان در یک بای پس عروق کرونری تنگ شده پرداختند. نویسندگان در این مطالعه الگوهای جریان در آناستوموز - تلاقی - یک بایپس عروق کرونری تنگ شده را بررسی کردند. در مطالعه نویسندگان، شبیه سازی های سه بعدی بر اساس روش اجزا محدود صورت گرفت. نویسندگان در نهایت نتیجه گرفتند که بهتر است آناستوموزها با رعایت فاصله کافی از پیوند، در صورتی که هندسه آن به آن اجازه دهد، بخیه شود . این امر میتواند خطر ابتلا به هیپرپلازی عضلانی - افزایش در تکثیر سلول و در نتیجه افزایش تعداد آن - در محل تلاقی رگ ها را کم کند.
بونرت و همکاران - Bonert et al, 2001 - در سال 2001 به بررسی عملکرد دو مدل کناره-کناره موازی و دایموند 2 پرداختند. در پژوهش آنها تنش برشی و همچنین شاخص برش نوسانی را در دو مدل شبیه سازی کردند و به این نتیجه رسیدند که در حالت بایپس با پیوند موازی در گرفت بایپس مناطقی که در آن ها متوسط تنش برشی کم باشد، نسبت به حالت دایموند کمتر است ولیکن در خود شریان کرونری مناطقی که در آن ها تنش برشی میانگین کم باشد در حالت دایموند نسبت به موازی کمتر است. در حالت شاخص برش نوسانی، هر دو حالت نتایج تقریبا مشابهی دارند .
همچنین آن ها به بررسی نسبت قطر گرفت بایپس به شریان کرنری یا قطر میزبان نیز پرداختند و نتیجه گرفتند که هرچه قطر میزبان نسبت به گرفت کمتر باشد، پارامتر های همودینامیکی مناسبتری خواهد داشت. سانکارانارایانان و همکاران - Sankaranarayanan et al, 2005 - در مطالعه ای در سال 2005 به ارائه مدل محاسباتی جریان خون در پیوند عروق کرونری پرداختند. در مطالعه نویسندگان، مدلهای بایپس هندسی - مدل پیوند عروق کرونر سمت چپ آئورت و مدل پیوند عروق کرونر سمت راست آئورت - بر اساس شرایط واقعی بودند.
در مدلهای نویسندگان، ابعاد آئورت، ورید صافن و شریان کرونری، ابعاد واقعی جراحی میباشند. علاوه بر این، تغییر شکل مقطعی مجرای وریدی از دایرهای به بیضی در نظر گرفته شده است. بر خلاف مطالعات قبلی، نویسندگان مطالعه دینامیک سیالات محاسباتی را در کل دامنه شریانی آئورت-پیوندی انجام دادند. مطالعه نویسندگان تایید میکند که جریان خون در پیوند بایپس عروق کرونری عمدتا در طول فاز دیاستولیک چرخه قلبی رخ میدهد که با مشاهدات فیزیولوژیکی جریان خون کرونری همخوانی دارد.
نتایج نویسندگان نشان داد که در نهایت یک منطقه با تنش برشی دیوار پایین در نزدیکی ناحیه پاشنه حوزه آناستوموز و یک تنش برشی بالا در ناحیه پنجه حوزه آناستوموز ، باعث ایجاد هیپرپلازی عضلانی میشود. این موضوع را باید در طراحی یک دستگاه آناستوموز عروق کرونری در نظر گرفت تا آسیبهای بیومکانیکی به دیواره شریان کرونری را به حداقل رساند.
فرانفلدر و همکاران - Frauenfelder et al, 2007 - در سال 2007 برای دو بیمار مختلف به بررسی دو آناستوموز انتها-کناره و کناره-کناره پرداختند. در این پژوهش آن ها پارامتر های همودینامیکی مختلف مانند تنش برشی و دبی خروجی بعد از بایپس را بررسی کردند. آن ها دریافتند که در حالت کناره-کناره نقطه بر خلاف انتها-کناره نقطه جدایش وجود ندارد.
همچنین تنش برشی بالا در هر دو حالت مشاهده شد و بیشترین مقدار آن در ناحیه پاشنه و کمترین آن در ناحیه بستر رگ در حالت انتها-کناره گزارش شد. برخلاف انتها -کناره در حالت کناره -کناره بیشترینمقدار تنش برشی در ناحیه گرفتگی رگ گزارش شده که از ناحیه پیوند نسبتاً دور بوده است و نتیجه گرفته شده که حالت کناره-کناره به مراتب همودینامیک منظمتری دارد.
ژیانگ و همکاران - Xiong et al , 2008 - در سال 2008 به بررسی عددی پارامتری بر روی همودینامیک در دیستال آناستوموز کرونر پرداختند. مدلهای تلاقی سرخرگهای کرنری با نسبت قطرهای مختلف و زاویهی بین پیوند و سرخرگ میزبان بهصورت عددی مورد تحقیق قرار گرفت. نویسندهها شش مدل تلاقی کرنری با قطرهای متغییر و زوایای ثابت و همچنین با زوایای متغییر و قطرهای ثابت را طراحی کردهاند.
زی ژاو و همکاران - Zhao, Xi, et al , 2015 - در سال 2015 به بررسی دو مدل مختلف بایپس فردی و بایپس Y شکل برای هندسه ای که دارای گرفتی در کرنری های چپ LAD و LCX بود پرداختند. آن ها دبی های خروجی از کرنری ها بعد بایپس و پارامترهای همودینامیکی از جمله تنش برشی و شاخص برش نوسانی را مورد بررسی قرار دادند. آن های مشاهدده کردند که دبی خروجی از کرنری ها در دو حالت مختلف تفاوت چندانی ندارد ولی بایپس فردی پارامتر های همودینامیکی منظم تری نسبت به Y شکل دارد. همچنین مشاهده کردند که در قسمت انشعاب حالت Y شکل جدایش رخ میدهد که مناسب نیست.
کشمیری و همکاران - - Keshmiri et al, 2015 در سال 2015 به بررسی تغییرات هندسه گرفت برای بهبود عملکرد آن پرداختند. ان ها در پژوهش خود سه مدل گرفت شامل کنترل گرفت، اسپیرال1 گرفت و هلیکال گرفت را طراحی کردند. آن ها دریافتند که جریان چرخشی در گرفت باعث جریان مثبت و منظم تر شدن پارامتر های همودینامیکی هم در گرفت و هم در شریان میزبان میشود و عملکرد بایپس و طول عمر آن نیز بیشتر میشود. آن ها به این نتیجه رسیدن که برای رسیدن به این جریان چرخشی مفید در هندسه های خارج از صفحه، مدل هلیکالی نسبت به اسپیرال ارجحیت داشته و مناسب تر است و همچنین چرخش با زاویه 90 و 270 درجه در جهت عقربه های ساعت تاثیر بسزایی در تولید جریان چرخشی مورد نیاز در گرفت و شریان میزبان دارد.
-2 هندسه مسئله
دراین پروژه ابتدا عکس های سی تی اسکن بیمار مورد نظر از جراح در بیمارستان قلب شهید رجایی تهران تهیه شد. سپس با استفاده از نرم افزار میمیکس ، ماسک های سه بعدی برای قسمت های آئورت و عروق کرنری ساخته شدو در نهایت، خطوط مرکزی و راهنما هندسه بیمار از نرم افزار استخراج شد. در مرحله بعد با استفاده از نرم افزار سالیدورکس ، خطوط مرکزی استخراج شده به صورت یک حجم سه بعدی از آئورت و شریان های کرنری چپ که شامل LAD2 با قطر 3,6 میلیمتر، LCX3 با قطر 3,1 میلیمتر ، شاخه اول Diagonal با قطر 1,8 میلیمتر و قطر ورودی شاخه اصلی کرنری راست 3,2 میلیمتر می باشد. بیمار در شریان LAD دارای گرفتگی %92 و در شریان DIAGONAL دارای گرفتگی %83 می باشد ، که در شکل 1 نشان داده شده است.
