Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Lahooti,Ahmad Reza Pishevar
محسن لاهوتی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Narges Ahmadi arjanaki
نرگس احمدی ارجنکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Fluid-structure interaction modeling of intracranial aneurysm: investigation of morphological and hemodynamic parameters
Intracranial aneurysm is an outpunching in the cerebrovascular that, if it is ruptured, subarachnoid hemorrhage occurs and subsequently leads to permanent damage or death of the patient. The risk of surgery is higher than the risk of rupture. Sometimes a person lives with an unruptured aneurysm for many years and if a surgery is done, side effects might be higher than the risk of the aneurysm rupture. Hence, the attention of the biomechanics engineers has been drawn to this field. With the advanced techniques of cerebral imaging and the science of "computational fluid dynamics," the researchers attempted to simulate the flow of blood in an aneurysm, and by examining hemodynamic and morphological parameters, and correlating them with the patient’s conditions, find a solution to predict the aneurysm conditions. The purpose of this study is to simulate and analyze "Computational Fluid Dynamics (CFD)" and "Fluid-Structural Interaction (FSI)" in a cerebral aneurysm and to examine its hemodynamic and morphological parameters. For this purpose, the transient blood flowed in an aneurysm has been simulated with the real dimensions in the ADINA 9.3 finite element software. Coupling of fluid and solid equations was done bilaterally. The Reynolds number was around 400 and the flow was assumed laminar. It was observed that when the wall of the vessel is considered to be elastic, the value of WSS (Wall Shear Stress) is 12% lower in comparison to the rigid state and the rigid wall will feel a higher WSS. Also, the physique and hemodynamic of a referenced aneurysm have been investigated. One of the important points in this study is to apply ICP (intracranial) pressure on the vessel wall. In order to investigate the morphological parameters, the dimensionless parameters of the aspect ratio, size ratio and the bottleneck factor were changed over the real value ranges and 32 geometries were considered. These geometries were confirmed by a surgeon and then simulated. The results showed that FSI analysis for different morphologies has its own effect. It was observed that by increasing the size ratio, the amount of WSS is increased and there is a possibility of a first type rupture for aneurysms. By increasing the aspect ratio, a secondary stream is created in an aneurysm that, with increasing relative residence time, there is a possibility of a second type rupture of the aneurysms. The effect of the bottleneck factor is on changing the position where the highest amount of displacement of the vessel wall occurs. These results help a surgeon to predict the condition of an aneurysm by considering its morphology. The results of this study can lead to the development of alternative therapies for this disease, as well as helping the physician to make a decision on surgical or non-surgical treatment. Keywords: Intracranial Aneurysm, CFD, Fluid-structure interaction, morphological, hemodynamic
آنوریزم مغزی یک بیرون زدگی در عروق مغزی است که اگر پاره شود، فرد مبتلا به خونریزی زیر عنکبوتیه می شود و در ادامه منجر به آسیب دائمی و یا مرگ بیمار می شود. ریسک جراحی آنوریزم از خطر پارگی آن بالاتر است و پزشک به صورت تجربی تصمیم به جراحی یا عدم جراحی می گیرد. گاهی یک فرد با آنوریزم پایدار خود سال ها زندگی می کند و اگر جراحی کند عوارض جانبی ممکن است از ریسک پارگی آنوریزم بالاتر رود. از این رو توجه مهندسان بیومکانیک به این حوزه جلب شده است. با توجه به پیشرفت تکنیک های عکس برداری از مغز و پیشرفت علم "دینامیک سیالات محاسباتی" محققان بر آن شدند تا جریان خون در آنوریزم را شبیه سازی کنند و با بررسی پارامترهای همودینامیک و مورفولوژیک و همبستگی آن با شرایط بیمار یک راه حل برای پیش بینی شرایط آنوریزم بیابند. در این پژوهش هدف شبیه سازی و تحلیل "دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)" و "تعامل سیال-سازه (FSI)" آنوریزم مغزی و بررسی پارامترهای همودینامیک و مورفولوژیک آن است. به این منظور جریان خون ناپایا درآنوریزم مغزی شماتیک با ابعاد واقعی در نرم افزار المان محدود ADINA 9.3 شبیه سازی شده است. کوپل معادلات سیال و جامد به صورت دوطرفه انجام شد. عدد رینولدز در محدوده ی 400 و جریان آرام است. ملاحظه شد که وقتی دیواره ی رگ به صورت الاستیک در نظر گرفته می شود، مقادیر WSS (تنش برشی دیواره) در مقایسه با حالت صلب تفاوت 12 درصدی دارد و دیواره ی صلب مقادیر WSS را بیشتر درک می کند. همچنین به بررسی دقیق فیزیک و همودینامیک جریان در یک آنوریزم مرجع پرداخته شده است. یکی از نکات مهم در این پژوهش اعمال فشار ICP (درون جمجمه ای) بر روی دیواره ی رگ است. به منظور بررسی پارامتر های مورفولوژی، پارامتر های بی بعد نسبت منظری، نسبت اندازه و فاکتور دهانه ی آنوریزم در بازه ی مقادیر واقعی تغییر داده شده است و 32 هندسه استخراج شد. این هندسه ها به تایید پزشک جراح مغز و اعصاب رسید و سپس به صورت FSI شبیه سازی شدند. نتایج نشان دادند که تحلیلFSI برای مورفولوژی های متفاوت نیز تأثیر خودش را دارد. مشاهده شد که با افزایش نسبت اندازه، مقدار WSS زیاد شده واحتمال پارگی از نوع اول برای آنوریزم ها وجود دارد. با افزایش نسبت منظری یک جریان ثانویه در آنوریزم به وجود می آید که با افزایش زمان ماند خون احتمال پارگی از نوع دوم برای آنوریزم ها وجود دارد. تأثیر فاکتور دهانه بر روی مکان رخداد بیشترین مقدار جابه جایی دیواره ی رگ پیدا شد. با گسترش این نتایج یک پزشک از روی شکل ظاهری آنوریزم می تواند تشخیص دهد که آنوریزم در چه شرایطی قرار دارد. نتایج این بررسی می تواند در ابداع درمان های جایگزین برای این بیماری راه گشا باشد، و همچنین در تصمیم گیری پزشک معالج برای جراحی یا عدم جراحی کمک کند. کلمات کلیدی: آنوریزم مغزی، دینامیک سیالات محاسباتی، تعامل سیال- سازه، مورفولوژی، همودینامیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی