تحلیل جریان خون در حلقه‌ی ویلیس مغزی با استفاده از تصاویر سی تی اسکن و روش برهمکنش سیال-سازه

بررسی جریان خون مغزی اهمیت زیادی در شناخت چگونگی ایجاد و شرایط خطر آفرین بیماریهای عروق مغزی دارد. از این‌رو در این مطالعه با دیدگاه نوآورانه اهمیت بخشی به انعطاف‌پذیری دیواره، جریان خون در حلقه‌ی ویلیس و همچنین تنش برشی روی دیواره آن عروق بررسی شده است. در این پژوهش، برای طراحی هندسه و مدل قابل‌استفاده برای حل جریان خون، تصویر سی تی آنژیوگرافی مورد استفاده قرار گرفت است. از روش اجزای محدود جهت حل محاسباتی مساله بهره‌گیری شد. حلقه‌ی ویلیس به‌عنوان مجاری انعطاف‌پذیر معرفی ‌شده است. خواص مکانیکی دیواره‌ی رگ‌ هایپرالاستیک فرض شد. بنابراین حل جریان به روش برهمکنش سیال و سازه مورد مطالعه قرار گرفته است. شرایط مرزی خون با احتساب چندشاخگی و همچنین خودتنظیمی، در ورودی و خروجی شریان‌ها بررسی شد. مقدار حداکثر تنش برشی برابر 3.9 پاسکال به‌دست آمد. فشارخون در رگ‌های بالایی حلقه‌ی ویلیس نسبت به فشارخون خروجی از قلب، کاهش چشم‌گیری داشته است. بررسی نتایج کانتور تنش برشی در زمان دیاستول نشان داد که مقدار بیشینه‌ی تنش برشی در رگ pca اتفاق می‌افتد و مقدار تنش برشی بر روی ابتدای رگ‌های aca کمینه است. رویکرد در پیش گرفته شده در این پژوهش در استفاده از تصاویر رادیولوژی هر شخص خاص، می‌تواند در فهم شرایط ایجاد و توسعه بیماری‌های عروقی ارزشمند باشد و نیز در شرایط حاد این نوع بیماریها، با پیش‌بینی خطرهایی مانند پارگی رگ‌ها بر اساس تغییرات تنش برشی روی دیواره، پزشکان را در اتخاذ اقدامات لازم برای جلوگیری از هرگونه خطر احتمالی یاری رساند.

Blood flow analysis in the circle of Willis using computed tomography scan images and fluidstructure interactions method

Study of blood flow in cerebral arteries is of great importance in recognition of initiation and critical conditions of arterial diseases in the brain. So, in this investigation with the novel assumption of arteroal wall deformability, blood flow and arterial wall shear stress in the circle of Willis were analyzed. CT angiography images were used to design the geometry and available model for solving blood flow. Finite elements method was utilized to solve the problem. With the study of the wall of the arteries, the behavior of the hyperelastic was assumed. Therefore, the solution of the flow is studied by the method of fluidstructure interaction. The boundary conditions of the fluid (blood), including multibranching as well as autoregulation, were investigated at the inlet and outlet of the arteries. The maximum shear stress on the wall was equal to 3.9 Pascal. In addition, blood pressure in the upper arteries in circle of Willis was significantly reduced as compared to the blood pressure at the outlet of the heart. Analysis of shear stress contour in diastol showed that the maximum shear stress occurs in PCA, while it is minumum in initial parts of PCA. Approach of this study to use radiological images of specific humans can be helpful in diagnosis of initiation and development of arterial diseases. Moreover, in acute situations of these diseases, through anticipating of dangers such as tearing of the vessels due to variations of wall shear stress, such a performed simulation may aid physicians for probable treatments.