Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Sarrami Foroushani
علی صرامی فروشانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Image-based Modeling and Quantitative Characterization of Hemodynamics in Intracranial Aneurysms and Carotid Arteries
Hemodynamics is a risk factor in Intracranial Aneurysms (IA).Understanding hemodynamic environment in vessels is thought to be important for realizing the mechanisms leading to IAs and other vascular pathologies. Exercise is known to reduce the high rates of case fatality in vascular disease. Hypertension and pharmacologically induced hypotension are common in IA patients. This study investigates how exercise, hypertension, and hypotension may influence aneurysmal hemodynamics.The effects of systemic alterations were simulated through boundary conditions by modulating the normotensive flow and pressure waveforms, in turn produced by a 1D systemic vascular model. Aneurysm location and flow pattern types were used to categorize the influence of hypotension and hypertension on relevant flow variables (velocity, pressure, and wall shear stress). Results indicate that, compared to other locations, vertebrobasilar aneurysms (VBA) are more sensitive to flow changes. In VBAs, space-averaged velocity at peak systole increased by 30% in hypertension (16-21% in other locations). Flow in VBAs in hypotension decreased by 20% (10-13% in other locations). Momentum-driven hemodynamic types were also affected more by hypotension and hypertension, than shear-driven types. This study shows how patient-specific modeling can be effectively used to identify location-specific flow patterns in a clinically-relevant study, thus reinforcing the role played by modeling technologies in furthering our understanding of cardiovascular disease, and their potential in future healthcare. In another attempt, three-dimensional velocity and pressure fields in carotid bifurcation were visualized and quantitized using Time-resolved 3D phase-contrast MRI (TR 3D PC MRI) and Computational Fluid Dynamics (CFD). A qualitative and quantitative comparison of the velocity and pressure fields obtained by each technique was presented. Although the main flow patterns were the same for both techniques, CFD showed a greater resolution in mapping the secondary and circulating flows. Overall RMS errors for all the corresponding data points in PC MRI and CFD were 14.27% in peak systole and 12.91% in end diastole relative to maximum velocity measured at each cardiac phase. Bland Altman plots showed very good agreement between two techniques. From this point of view, this study was not aimed to validate any of methods, instead, the consistency was assessed to accentuate the similarities and differences between TR 3D PC MRI and CFD.
همودینامیک همواره به عنوان یکی از فاکتورهای خطر در آنوریسم‌های مغزی و دیگر پاتولوژی‌های عروقی محسوب می‌شود و درک رفتار همودینامیکی جریان خون در عروق از مهمترین مسایل مورد توجه پژوهشگران در درک مکانیزم‌ پاتولوژی‌های عروقی و هم‌چنین درمان آن‌هاست. محتوای این پژوهش را می‌توان به پنج بخش مهم تقسیم کرد که در آن‌ها به مطالعه‌ی همودینامیک جریان خون درون آنوریسم ها و عروق مغزی پرداخته می‌شود. در بخش نخست، تصاویر سی‌تی آنژیوگرافی مغزی یک بیمار برای تهیه‌ی مدل دینامیک سیالات برپایه تصویر و خاص شده برای هندسه واقعی آنوریسم بیمار استفاده شده و اثر ورزش با شدت‌های متفاوت بر همودینامیک درون آنوریسمی مطالعه شده است. در این بخش، علاوه بر چند مورد رفتار قابل توجه دور از انتظار شهودی، مشاهده شد که متوسط زمانی و مقدار حداکثر سیستولی تنش برشی دیواره و فشار وارد بر کیسه‌ی آنوریسم با افزایش شدت فعالیت بدنی افزایش می‌یابند. در بخش دوم پژوهش اثرات حاد پرفشاری و کم‌فشاری خون در 23 آنوریسم در چهار مکان مستعد رخ‌داد آنوریسم بر روی بستر عروقی مغزی از طریق مدوله‌کردن شرایط مرزی پالسی شدت جریان و فشار خون نرمال که از مدل یک بُعدی گردش خون استخراج شدند، بررسی شد. مکان آنوریسم‌ها و همچنین رفتار جریان خون درون آن‌ها برای دسته‌بندی آنوریسم‌های مورد مطالعه استفاده شد و نتایج نشان‌داد که آنوریسم‌های شریان بازیلار نسبت به دیگر مکان‌های مورد مطالعه حساسیت بیشتری نسبت به تغییرات سیستمیک دارند. در آنوریسم‌های بازیلار متوسط مکانی سرعت در لحظه‌ی حداکثر سیستولی برای بیماران هایپرتنسیو %30 بیشتر از حالت نورموتنسیو است که این مقدار در بیماران با آنوریسم‌هایی در شریان‌های دیگر در حدود 16 تا 21 درصد است. همچنین در حالت هایپوتنشن آنوریسم‌های بازیلار 20 درصد کاهش نشان دادند که این مقدار در مکان‌های دیگر بستر عروقی مغز در حدود 10 تا 13 درصد است. همچنین مشاهده شد که آنوریسم‌های مومنتوم‌ران نسبت به آنوریسم‌های بُرش‌ران حساسیت بیشتری به تغییرات سیستمیک دارند. به علاوه این پژوهش نشان داد که مدل‌سازی برپایه‌ی تصاویر واقعی بیماران در شناسایی رفتار جریان خون در آنوریسم‌های مکان‌های مختلف بستر عروقی مغز می‌تواند منجر به نتایج ارزشمندی در حوزه‌ی پزشکی بالینی شود. در بخش سوم پژوهش از دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی اثر حذف کامل آنوریسم‌های مغزی پس از امبولیزاسیون توسط استنت‌های منحرف‌کننده‌ی جریان خون در دو بیمار آنوریسم شریان مغزی قُدامی استفاده و مشاهده شد که حذف آنوریسم اثر ناچیزی در توزیع فشار رگ مادر دارد و پارگی پس از درمان توسط منحرف‌کننده‌های جریان به تغییراتی که همراه با جای‌نشانی استنت درهندسه‌ی رگ مادر رخ می‌دهد نسبت دارد. همچنین مشاهده شد که آنوریسم‌های مورد بررسی در نواحی با تنش برشی بسیار پایین و شاخص نوسانی برش بالا و یا نواحی با تنش برشی بالا و گرادیان تنش برشی مثبت پدیدار شده‌اند. در بخش چهارم پژوهش از تصویربرداری فاز-کنتراست سه بعدی جداشده در زمان برای اندازه‌گیری میدان سرعت در دوشاخگی کاروتید با هندسه‌ی برپایه‌ی تصویر واقعی و مقایسه‌ی نتایج با میدان سرعت پیش‌بینی شده در آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی استفاده و مشاهده شد که نتایج بدست آمده از هر دو تکنیک دارای تطابق کمّی و کیفی بسیار خوبی (جذر میانگین مجذور خطای 27/14 درصد در حداکثر سیستول و 91/12 درصد در پایان دیاستول) با یکدیگر هستند. در بخش نهایی پژوهش میدان سرعت بدست آمده از بخش چهارم به همراه معادلات سه بُعدی و ناپایای نویر-استوکس برای نگاشت میدان فشار در دوشاخگی کاروتید استفاده شد و نتایج بدست آمده با میدان فشار منتج از آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی مقایسه و تطابق نتایج دو تکنیک نشان داده‌شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی