SUPERVISOR
Mohsen Lahooti,Ahmad Reza Pishevar
محسن لاهوتی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad amin Shiran
محمدامین شیران
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Numerical Study of Hemodynamic and Morphologic Parameters on Intracranial Aneurysm
Aneurysm is an outpunching and dilation of blood vessel wall and generally can occur at any point of cardiac and peripheral vasculature: However, it is mainly formed in abdominal and thoracic parts of aorta, and in brain near arterial bifurcations of Willis circle. Risk of rupture is low in intracranial aneurysms. Aneurysm rupture is the most common cause of non-traumatic subarachnoid hemorrhage, a devastating event that carries high rates of mortality, morbidity and disability as well as a high health care cost. Thus, aneurysm treatment starts immediately after first recognition. Two types of treatment take place for intracranial aneurysms i.e, open surgery, and endovascular treatments. Although the second option is less risky, both methods can cause permanent disabilities during or after surgery. This work is devoted to find a way for prognosis of aneurysm rupture by employing hemodynamic parameters proved by researchers that have impact on growth and rupture of intracranial aneurysms. Wall Shear Stress (WSS) and Oscillatory Shear Index (OSI) are main hemodynamic parameters which are measured in this work. 3D geometries are made from CT Angiography scan images. Total of 26 patients with well-known aneurysm condition are studied. Including 12 cases of stable aneurysm and 14 cases of ruptured aneurysm. Aneurysm geometry is reconstructed and imported to simulation software after proper mesh generation. Steady state simulation of blood flow in aneurysm is performed and results are used for transient analysis. Pulsatile inflow boundary condition from previous measurements by Pc-MRI technique, is used for inlet velocity. Windkessel condition is defined for outflow boundary condition which considers the waveform pressure in vessels and structured tree of them. This boundary condition predicts the pressure from vessel wall properties and flow condition. WSS and OSI are calculated for further analysis. A single procedure is defined for integrating these parameters. After these integrations, all parameters are divided by their corresponding values from specific inlet length. First glances on dimensionless values of WSS and OSI showed that Ruptured aneurysms will result in lower WSS and higher OSI in comparison to un-ruptured ones. Mean value and standard deviation of each group of patients are calculated. Results demonstrate that WSS of unruptured aneurysms are five times larger than that for the other group. 90 percent confidence interval is also calculated for both groups. If this procedure is performed on a patient with known condition, the results will be in the range confidence interval of 90 percent. For defining the risk of rupture, a logistic regression method was used. This method reports risk of rupture by a single number between 0 and 1. Coefficients of logit function is calculated for each group. These functions for each parameter will help specialists to decide whether aneurysm rupture risk is high or low. Eventually treatment options can take place only if risk of aneurysm rupture is high. Key Words: Intracranial aneurysm, Rupture, Risk factor, Mechanisms.
آنوریزم به گشودگیهای محلی گفته میشود که بر روی رگها ایجاد میشوند. شایعترین نوع آنوریزم بر روی رگهای حلق? ویلیس بوده که به آن آنوریزم مغزی میگویند. در صورت پارگی آنوریزمهای مغزی، بیمار دچار خونریزی درون مغزی میشود که در بسیاری از موارد منجر به مرگ بیمار خواهد شد. فرآیند درمان آنوریزمهای مغزی به دلیل خطر بسیار بالایی که در صورت پارگی بیمار را تهدید میکند، بلافاصله بعد از شناسایی آغاز میشود. در این پژوهش سعی شده تا به کمک پارامترهای همودینامیکی جریان که تأثیر آنها در رشد آنوریزمهای مغزی توسط محققین بررسی شده است، مدلی برای پیشبینی پارگی آنوریزم ارائه گردد. دو پارامتر تنش برشی دیواره (WSS) و شاخص تناوبی تنش (OSI) در این کار بررسی شدهاند. هندس? بیماران از تصاویر سیتیآنژیو بازسازی شده تا دقت نتایج بالاتر برود. در مجموع 26 بیمار مورد مطالعه قرار گرفتهاند که وضعیت آنوریزم آنها از قبل مشخص بوده است. از بین بیماران 12 مورد آنوریزم سالم و پایدار و 14 مورد آنوریزم پاره شده گزارش شده بود. هندس? بیماران پس از بازسازی و شبکهبندی به نرمافزار شبیهسازی وارد گردیده و پس از اعمال شرایط مرزی، شبیهسازی حالت دایم صورت گرفته است. نتایج شبیهسازی حالت دایم به عنوان شرط اولیه برای شبیهسازی گذرا استفاده شده است. در شبیهسازی حالت گذرا از شرط مرزی پالسی برای سرعت ورودی و شرط مرزی ویندکسل جهت پیشبینی فشار خروجی استفاده شده است. شرط مرزی ورودی از کارهای پیشین محققان استخراج گردیده که به روش Pc-MRI اندازهگیری شده است. اما در شرط مرزی خروجی با در نظر گرفتن موج فشاری ایجاد شده از قلب و ساختار شاخهای رگها، فشار را در هر نقطه با توجه به دبی خون و ویژگیهای بافت رگ پیشبینی میکند. مشاهده شد که اعمال این شرط مرزی بهترین روش برای محاسب? فشار خروجی در رگهای مغزی است. پارامترهای WSS و OSI بعد از محاسبه برای تحلیلها آماده، به روشی مدون میانگینگیری و بیبعد شدهاند. ابتدا میانگین مکانی پارامترها محاسبه شده و سپس انتگرال زمانی از آنها گرفته میشود. این کار برای یک ناحی? مشخص از طول ورودی تکرار میشود و سپس مقدار محاسبه شده برای آنوریزم و ورودی بر هم تقسیم شدهاند. تحلیل اولی? نتایج حاکی از آن است که WSS در آنوریزمهای پاره شده پایین و OSI بالا است. محاسب? میانگین و انحراف معیار WSS نشان میدهد که این پارامتر در آنوریزمهای پاره شده 5 برابر آنوریزمهای پایدار است. یک باز? اطمینان 90 درصدی برای هر دو گروه آنوریزمهای پایدار و پاره شده محاسبه شده است. به کمک این پارامتر میتوان معین کرد که با شبیهسازی یک هندس? جدید در صورتی که وضعیت آن مشخص باشد، با احتمال 90 درصد در کدام یک از بازههای مشخص شده قرار میگیرد. برای تعریف ریسک پارگی از روش آماری موسوم به رگرسیون لاجیستیک استفاده شده است. این روش احتمال وقوع یا عدم وقوع پارگی را با مقدار بین 0 و 1 گزارش میکند. تابع رگرسیون برای هر دو پارامتر تعریف و ضرایب آن محاسبه شده است. این دو تابع کمک میکنند تا احتمال پارگی آنوریزم شناسایی شده با شبیهسازی جریان، بیشبینی شود. در صورتی که تابع معرفی شده شرایط خطرناک را پیشبینی کند، پزشک باید درمان را روی بیمار انجام دهد. ولی در شرایطی که وضعیت آنوریزم بیمار کم خطر پیشبینی شود، نیازی به عمل جراحی نیست. بدین طریق میتوان از خطرات ناشی از عمل پیشگیری کرد. کلمات کلیدی : آنوریزم مغزی، مکانیزم پارگی پارگی، فاکتور خطر، شبیهسازی عددی