Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farshid Shojaeianforoud
فرشید شجاعیان فرود

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Simulation of Cerebrospinal Fluid (CSF) Flow in Brain’s 3D Geometry of Normal Case and Hydrocephalic Patient
CSF is a clear liquid that its mechanical properties are to a large extent similar to water properties. Regarding the lack of a numerical index for diagnosis of diseases resulting from increased CSF pressure such as hydrocephalus, evaluation of hydrodynamic conditions of CSF in cerebral ventricular system is of great importance. At first, brain tissue is assumed to be a rigid body and CSF flow around the rigid brain was modeled. At the next level, 3D fluid-structure interaction modelling was utilized for simulation normal case and non-communicating hydrocephalus patient brain to study details of CSF flow around the elastic brain tissue. The results confirmed an appropriate correlation between increase in the range of jugular vein pressure and CSF velocity in the brain ventricles and canals. It means that, when the blood pressure range changes to critical situation, CSF velocity increase, especially in aqueduct of sylvius. Assumption of brain tissue as a rigid body can not satisfy the experimental results from MRI. There is different numbers for young’s Module that reports by papers [41, 43], and in simulation of elastic brain, five different elasticity coefficients used for brain tissue. The best prediction of CSF flow in aqueduct of sylvius achieve by elasticity of 200kPa for brain tissue. The maximum velocity of flow in aqueduct of sylvius is about 4cm/s that conform the MRI results. Keywords: Cerebrospinal Fluid, Brain tissue, Subarachnoid space, Communicating Hydrocephalus, Fluid and structure interaction, Rigid, Elastic.
هدف اصلی این پژوهش رسیدن به فهم کامل‌تری از جریان مایع مغزی نخاعی در سیستم بطنی مغز، بافت مغزی و فضای زیرعنکبوتیه در توضیح بیماری‌های سیستم عصبی مرکزی مانند هیدروسفالی می‌باشد. این هدف مبتنی بر ارائه ی تحلیلی جزئی، از جریان پالسی CSF و دینامیک فشارها در فرد عادی و بیمار هیدروسفالی در یک مدل سه‌بعدی است. در این راه، از عکس‌های MRI و استفاده از روش CINE-MRI در گسترش و اعتبار سنجی روش‌های محاسباتی بر اساس اصول اولیه پایستگی، برای پیش‌بینی فشار سیال و تنش‌های بافتی و برای بازسازی بافت و فضای سه‌بعدی مغز انسان استفاده‌شده است. با استفاده از مدل‌سازی صورت گرفته تلاش شده تا یک مدل کلی از فیزیک سیستم عصبی مرکزی فراهم گردد تا برهمکنش بین جریان سیال و بافت مغز، به‌درستی مدل‌سازی شود. با استفاده از این عملیات محاسباتی، توضیحات و توصیفات بهتری از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی بر اساس شناخت نیروهای واردشده، جریان‌ها و برهمکنش‌هایی که در دینامیک مدل‌های افراد عادی و بیمار شده، ارائه گردیده است. برای این منظور ابتدا مدل‌سازی با فرض بافت مغز انسان به‌صورت یک بافت جامد صلب دنبال شده و نتایج حاصل با نتایج واقعی مقایسه شده است. با مقایسه‌ی پروفیل‌های سرعت و پروفیل متوسط حجمی فشار از این تحلیل‌ها باحالت واقعی در عین وجود شباهت‌هایی در روند تغییرات نمودارها، به تفاوت‌هایی محسوسی پی برده شده که استفاده از فرض بافت مغز صلب را به چالش کشیده است. با تغییراتی که در شرایط مرزی اعمال شد، نتایج حاصل بررسی‌شده و تأثیر هریک از تغییرات روی نتایج ارزیابی‌ گردیده است. تغییرات بالای فشار ورید ژوگولار یا افزایش بازه‌ی تغییرات فشار ورید مرکزی، منجر به افزایش سرعت CSF شده است که می‌تواند در مواردی به بافت مغز صدمه وارد کند. همچنین بر اساس این بررسی‌ها، ضرایب و مختصات لازم برای شرط مرزی فشار خروجی که به‌ندرت در منابع گذشته یافت می شد و مقادیر ثبت‌شده هم نتایج متفاوتی را نشان می داد، عامل اصلی اختلافات موجود بین پروفیل‌های فشار است. در فاز دوم بررسی، به مطالعه‌ی جزئیات جریان اطراف بافت مغز الاستیک پرداخته‌شده است. مدلی مبتنی بر برهمکنش هم زمان جامد و سیال (FSI) تعریف‌شده که مرزهای دو حوزه، هم زمان با یکدیگر تغییر شکل می دهند و حرکت هریک بر دیگری تأثیرگذار است. در بررسی یافته‌های حاصل از این مدل هم، پروفیل‌های سرعت، فشار، تنش برشی و پارامترهای مختلف حوزه‌ی جامد و سیال، ارائه‌شده و برای ضرایب الاستیسیته ی مختلف مقایسه گشته است. همچنین نتایج حاصل از مدل‌سازی مغز الاستیک با نتایج مرحله ی قبل که بافت مغز به‌صورت صلب در نظر گرفته‌شده بود، مقایسه شده و تفاوت‌های ایجادشده تفسیر گردیده است. بر اساس این بررسی‌ها، فرض بافت مغز به‌صورت یک جامد صلب، فرضی ناکارآمد در فهم دقیق دینامیک جریان CSF به دست آمده است. برای ضرایب الاستیسیته ی مختلف، پروفیل‌های سرعت و فشار مقایسه گردیده و با نزدیک کردن هر چه بیشتر این ضریب به مدول بافت مغز واقعی نتایج انطباق بیشتری با نتایج آزمایشگاهی پیدا کرده است. کلمات کلیدی : مایع مغزی نخاعی، بافت مغز، فضای زیرعنکبوتیه، هیدروسفالی غیرانسدادی، برهمکنش جامد و سیال، صلب، الاستیک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی