‫پروژه مدل سازی سیستم گردش خون در شریان ها با استفاده از متد المان محدود

Word 2 MB 31466 65
مشخص نشده مشخص نشده علوم پزشکی - پیراپزشکی
قیمت قدیم:۲۱,۴۶۸ تومان
قیمت با تخفیف: ۱۹,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • چکیده :

    هدف این تحقیق شبیه سازی رفتار سیستم گردش خون طوری که بتواند جنبه های کلی این رفتار و به ویژه رفتار درخت شریانی را بازگو کند، می باشد.. به طور کلی شبیه سازی هر پدیده واقعی در صورتیکه به صورت مطلوبی انجام گیرد می تواند در شناخت بررسی و تحلیل آن ابزار اصلی باشد. امروزه علم شبیه‌سازی را در شاخه های مختلفی می تواند دید و علم مهندسی پزشکی دارای ابزارهای شبیه سازی پدیده‌های زیستی در بدن آدمی می باشد.

    سیستم قلب و عروق یکی از زمینه هایی است که از دیرباز توجه بسیاری از محققین به بررسی و شناخت رفتار آن معطوف بوده است و از آنجا که این سیستم به صورت تعاملی از اعضای تشکیل دهنده اش عمل می کند، بررسی آن به صورت سیستمی از اعضایش کارآمدتر واقع می شود. از این رو است که در تاریخچه تحقیق انجام شده در این موضوع می توان ردپای ایده «دیدگاه سیستمی» را مشاهده کرد ولی پیچیدگی مکانیکی رفتار آن مانعی در این راه بوده و جهت غلبه بر این مانع دیدگاههایی که آن را به صورت مدارهای الکتریکی یا اجزای لامپ شده در نظر گرفته اند، وارد عمل شده اند. ظهور روشهای عددی در علم مکانیک ابزار دیگری را در این باب در اختیار محققین قرار داد. یکی از این روشها، روش اجزای محدود است که در این تحقیق نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

    با داشتن ابزاری که بتواند رفتار سیستم گردش خون را مدل کند، می تواند تاثیر بیماریها بر رفتار آن را مدل کرد و از این راه دید روشنی از تاثیرات آنها بر روی سیستم داشته و راهکار مناسبی در جهت درمان در پیش گرفت. از نظر اهداف آموزشی، می تواند با کمک تجهیزات و لینک کردن این تجهیزات با ابزار موجود جهت شبیه سازی، عملا نمونه شبه زنده ای از این سیستم را ارایه نمود. از نظر اهداف پیش بینی کننده، چنین ابزاری می تواند برای پیش بینی اتفاقاتی که هنگام برخی اعمال جراحی مانند عمل بای پس در جراحی قلب و یا در برخی اعمال جراحی رگ های مغز، در تغییر فشار و جریان خون، رخ می دهند، مورد استفاده قرار گیرد.

     

     

    مروری بر کارهای پیشین

     

    در طی سه دهه گذشته مطالعات متعددی برای آنالیز جریان خون در شریانهای تکی و انشعابی صورت گرفته باید به مطالعه womersly در سال 1955 Atabekو Lew 1966 Cox در 1968 و Rubinow وKeller 1976، Bauer و Buses در 1975، Schwerdt و Constantinescu در 1976Bauerدر 1985 ، Holestein در سال 1984-1980 وGiddens در سال 1983  Sekhon , در 1985 در این زمینه به تحقیق پرداخته اند.و به عنوان نتیجه نگرش ارزشمندی در ارتباط با تاثیر پارامترهای مختلف مانند ویسکوزیته خون و الاستیسیته رگهای خونی و هندسه ورودی، میدان مغناطیسی و تنگ شدگی یا گرفتگی حاصل شده است و در این باره بحث شده است

    این چنین مطالعاتی از نظر کاربردهای عملی به دلیل اینکه سیستم شریانی واقعی انسان از تعداد زیادی اتصالات رگها با طولهای مختلف و مقاطع مختلف تشکیل شده محدود شده است بنابراین نمی توان به عنوان یک رگ تنها با آن برخورد کرد.

    مکدونا لد در سال 1974 از مدل ویندکسل برای تعیین برون دهی قلبی با فرض سرعت موج پالسی نامحدود استفاده کرده است و فیلر در سال 1964 و 1966 گردش کوچک سگ به عنوان یک مسیر چهارتایی که هر کدام به عنوان یک تیوپ هم جنس با دیواره نازک که ایده ال می باشند مدل کرده است. در سال (1965 و 1966) یک مدل را برای رگهای سیستمیک از سگ شامل 41 بلوک 4 مسیره که هر کدام از تیوبهای هم جنس با دیواره نازک  می باشد پیشنهاد داده است. مدلی که به وسیله تیلور در سال 1966 پیشنهاد داده است شامل یک درخت که شاخه هایش دارای طولی با توزیع رندوم بوده و قطر داخلی لوله مرتبط بصورت  بخش به بخش به درخت شریانی واقعی نمیباشد.

    نوردرگراف (در سال 1956 تا 1963) یک مدل شبه الکتریکی از درخت شریانی سیستمیک که شامل 113 RLC می باشد پیشنهاد داده است.

    وسترهوف و نوردرگراف در سال 1968 مدل الکتریکی را به صورت اشتراکی با چندین بهینه سازی که از 113 تا 123 تعداد سگمنت ها را افزایش دادندارائه دادند.

    (1980) Avolio یک مدل پیچیده ای که شامل 128 شاخه بود فرموله کرد. او از مقایسه الکتریکی برای آنالیز تاثیرهای امواج منتشر شده تحت شرایط جریان ضرباندار استفاده کرد.

    اثر متقابل واقعی از حرکت به سمت جلو و انعکاس موجها همانطور که توسط شیرازی در سال 1972 مشاهده شده بود در نظر گرفته نشده بود.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    مقدمه:

    قابل توجیه است که در مدلسازی از  مدلهای ریاضی بیولوژیکی واقعی استفاده شود که تا حد ممکن نزدیک به ساختار پیچیده سیستم قلبی و عروقی انسان شبیه سازی می شود کارهای ارائه شده در چنین مدلهایی خیلی نادر هستند. به این دلیل که بتوانند در زمان واقعی یک تعداد زیادی از معادلات را در ارتباط با حل سیستم‌های پیچیده به صورت همزمان انجام دهند

    محدودیت گفته شده امروزه تا حد زیادی از بین رفته و با کامپیوترهای مدرن امروزی تعدادی از مدلهای تقریبی برای آنالیز جریان و خون برای سیستم قلبی و عروقی در پستانداران استفاده شده است. در این کار از روش ایستای مدل المان محدود [FEM] برای مدلسازی جریان ایستا خون از طریق سیستم شریانی انسان با بحث کردن در رگهای انفرادی به صورت یک تیوپ الاستیک در نظر گرفته شده است و اثرات ورودی صرفنظر شدهاس و خون به عنوان یک مایع ویسکوز نیوتنی فرض شده است.در واقع ارزش و اهمیت کاربردی و تحقیقاتی که هدف انجام این تحقیق بوده به اندازه ای است که تحقیقات و پایان نامه های زیادی از دیرباز تا کنون به آن پرداخته  شده است.

    همانگونه که در قسمت قبل گفته شد، از دیرباز تحقیقات متعددی در جهت بررسی و مطالعه رفتار این سیستم، حلهای تحلیلی معادلات حاکم بر رفتار آن غیر ممکن بوده و به همین دلیل در گذشته یا از دیدگاه لامپ کردن اجزاء این سیستم و یا مدلسازی آنها توسط مدارهای الکتریکی استفاده شده است.

    مدل ویندکسل اساس تحلیلهای مبتنی بر لامپ کردن می باشد. در این مدل سیستم عروقی به صورت یک محفظه الاستیک در نظر گرفته شده و فشار خروجی صفر در نظر گرفته می شود. با این فرضیات می توان رابطه دبی ورودی، فشار ورودی و دبی خروجی را به سادگی به دست ‌آورد. همچنین مدلهایی با توسعه دادن مدل ویندکسل ساخته شده است.

    در مدلهای الکتریکی از تشابه معادلات حاکم بر جریان خون و معادلات حاکم بر جریان در خطوط انتقال جریان الکتریسیته استفاده می کنند.

    دیدگاه لامپ کردن و مدل کردن الکتریکی اجزای سیستم قلب و عروق به دلیل از بین بردن ماهیت سیستم نمی توانند رفتار آن را به صورت واقعی توصیف کنند چرا که مدلسازیی با ساده سازیهای غیر قابل اجتناب همراه است که با واقعیت رفتار سیستم قلب و عروق همخوانی ندارند.

    با ظهور روشهای عددی در مکانیک سیالات، محققین این ابزارها را برای بررسی رفتار سیستم عروقی بکار برده اند. روش تفاضل محدود رینز و همکارانش (1974) و روش المان محدود پورنتا و همکارانش (1986)، از جمله این ابزار می باشند. این روشها بر پایه تخمینهای مکانی و زمانی معادلات بنیادی حاکم بر جریان خون بوده و از این نظر قادرند با حفظ ماهیت سیستم (بر خلاف دو دیدگاه پیشگفته قبلی) به بررسی آن بپردازند. با این حال محدودیت های سخت افزاری یعنی محدودیتهای موجود در توانایی رایانه ها ضعف ذاتی این روشهاست. جهت غلبه بر این ضعف معادلات بنیادی ساده سازی می شوند و این ساده سازی از طریق مدل کردن سیستم با فرضیاتی درباره خصوصیات آن صورت می گیرد. اینجاست که خطای مدلسازی که می تواند یک روش محاسباتی را با مشکل جدی روبرو کند وارد کار می شود.

    آنچه تحقیق انجام شده را از تحقیقات گذشته متمایز می کنددر این است که:

    1- تاثیر غیر نیوتنی بودن خون در مدلسازی شبکه های شریانی را بررسی می کند.

    2- مطالعاتی که در گذشته انجام گرفته اند اغلب شریانهای یک اندام خاص و یا کل بدن را مدلسازی کرده اند حال آنکه در اِین تحقیق  می توان هر شبکه دلخواه از شریانها را توسط این روش  مدل کرد.ودر شبیه سازی شریانهای یک اندام، چند اندام و یا کل بدن بکار رود.

  • فهرست:

    چکیده ................................................................................................5

     

    مروری بر کارهای پیشین.........................................................................6

     

    مقدمه..................................................................................................8

     

    روش مدلسازی .....................................................................................9

     

    معادلات حاکم بر جریان خون در یک درخت شریانی .......................................12

     

    معادلات حاکم بر پیوستگی و بقای مومنتوم....................................................12

     

    معادلات حاکم بر انشعابها ........................................................................13

     

    رابطه بین فشار خون و سطح مقطع شریان ....................................................15

     

    مدل تحلیلی رابطه فشار- سطح مقطع ..........................................................15

     

    مدل استریتر .......................................................................................15

     

    مدل رینز ...........................................................................................16

     

    مدل اسکالاک ...................................................................................16

     

    معادله حالت کلی ................................................................................17

     

    معادله حالت خون ............................................................................... 19

     

    مدل توانی ........................................................................................ 20

     

    مدل کیسونی .......................................................................................20

     

    بررسی روش انجام شده ...........................................................................30

     

    فرموله کردن مدل...................................................................................30

     

     هدایت المان ........................................................................................32

     

    ماتریس هدایت جهانی .............................................................................35

     

    شرایط مرزی و یا نقاط انتهایی ..................................................................37

     

    مراحل محاسباتی .............................................................................37

     

    نتایج محاسبات......................................................................................39

     

    جریان ایستا ........................................................................................39

     

    اصطلاحات به کار برده شده در برنامه مطلب .............................................40

     

    اعتبار سنجی مدل................................................................................43

     

    جدول شماره 1 ...................................................................................44

     

    جدول شماره 2 ....................................................................................52

     

    جدول شماره 3 ....................................................................................53

     

    مراجع...............................................................................................54

     

     

    منبع:

     

     [1] Wang J.J., Parker K.H., Wave Propagation in a Model of the Arterial Circulation, J. Biomechanics, Vol. 37 ,2004 , pp. 457 – 470.

     

    [2] Olufsen M.S., Structural Tree Outflow Condition for Blood Flow in Large

    Systemic Arteries, American Journal of Physiology, Vol. 276 , 1999, pp. 257 – 268.

     

    [3] Stergiopulos N., Young D.F., Rogge T.R., Computer Simulation of Arterial

    Flow with Application to Arterial and Aortic Stenosis, J. Biomechanics, Vol. 25 , No.12, 1992, pp.1477 -1488.

     

    [4] Chandran K.B., Cardiovascular Biomechanics, New York University Press, 1992.

     

    [5] Mazumdar J.N., Biofluid Mechanics, Word Scientific, Inc., 1992.

    [6] Rideout V.C., Mathematical and Computer Modelling of Physiological Systems, Prentice Hall, Englewood Cliffs,1991.

     

    [7] Porenta G., Young D.F., Rogge T.R., A Finite-Element Model of Blood

    Flow in Arteries Including Taper, Branches, and Obstructions, J. Biomech. Engng, Vol.108, 1986, pp. 161-167.

     

    [8] Skalak T.C. and Schmid-Schonbein G.W., Viscoelastic Properties of

    Microvessels in Rat Spinotrapezius Muscle, J. Biomech. Engng, Vol.108,1986, pp. 193 – 200.

     

    [9] Rains J.K., Jaffrin M.Y. and Shapiro A.H., A Computer Simulation ofArterial Dynamics in the Human Leg,J. Biomechanics, Vol. 7 , 1974, pp. 77 – 91.

     

    [10] Young D.F., and Tsai F., Flow Characteristics in Models of Arterial Stenoses II.Unsteady Flows, J. Biomechanics,1973, Vol. 6 , pp. 547 – 559.

     

    [11] Schaaf B.W., Digital Computer Simulation of Human Systemic

    Arterial Pulse Wave Transmission: A Nonlinear Model, J. Biomechanics,

    Vol. 5 , 1972, pp. 345 – 364.

    [12] Streeter V.L., Keitzer W.F. and Bohr D.F., Pulsatile Pressure and Flow through Distensible Vessels, Cir. Ris., Vol.13, 1963, pp. 3 – 20.

     

    [13] Steady flow of a viscouse fluid through a network of tubes with application to the human arterial system , v.K.SUD and G.S Sekhon, Departmant of biophisics ,New Delhi -110029 ,India.

    14) مدل رایانه ای جریان خون در شبکه شریانی انسان ،دوازدهمین کنفرانس مهندسی پزشکی ایران -تبریز،دبیری –فتورائی – کاتوزیان  .

1-چکيده: به طور کلي شبيه‌ سازي هر پديده‌ي واقعي در صورتي‌که به نحو مطلوبي انجام گيرد مي‌تواند در شناخت، بررسي و تحليل رفتار آن پديده موثر باشد. امروزه علم شبيه‌سازي را در شاخه‌هاي مختلفي از جمله علم مهندسي پزشکي مي‌توان ديد. هدف از اين تحق

استفاده از امواج ماورا صوت در نابودی لخته‌های خونی متخصصان عصب شناسی موفق به ابداع روشی جدید برای درمان بافت‌های مغزی آسیب دیده که در آن به کمک امواج ماورا صوت لخته‌های خونی‌ تشکیل شده در بافت مغز تجزیه می‌شوند. متخصصان عصب شناسی موفق به ابداع روشی جدید برای درمان بافت‌های مغزی آسیب دیده که در آن به کمک امواج ماورا صوت لخته‌های خونی‌ تشکیل شده در بافت مغز تجزیه می‌شوند.اخیرا پس ...

ارتقاء ویژگی های ورزشکاری ورزش نکردن، بهانه های زیادی وجود دارد. و متاسفانه، این بهانه ها معمولاً بر انگیزه ی شما برای باشگاه رفتن، کوه نوردی و دوچرخه سواری غلبه می کند. اما خوب است که موقع این بهانه تراشی ها، کمی هم به فواید فعالیت و ورزش فکر کنید. امیدوارم این مطالب بتواند با بهانه های شما مقابله کند. ویژگی های ورزشکاری بدنسازی و ورزش باعث می شود عضلات شما هماهنگی بیشتری پیدا ...

بخش تشخیصی این بخش شامل 1 رادیولوژی 2 مامو گرافی 3 سونوگرافی 4 سی تی اسکن و انژیو گرافی می باشد که در ادمه به توضیح هر کدام می پردازیم. واژه نامه: 1 رادیولوژی (Radiology): بر حسب اینکه از چه عواملی استفاده می شود پزشکی هسته ای : بر اساس مواد رادیو اکتیو رادیولوژی واقعی: بر اساس اشعه x که رادیولوژی پزشکی واقعی نام دارد. رادیولوژی پزشکی واقعی: 1 رادیولوژی تشخیصی 2 رادیولوژی درمانی ...

اهمیت کلسیم بیش از 99درصد کلسیم بدن در سیستم اسکلتی واقع است، سیستمی که قسمت اعظم اجزای آن را استخوان‌ها و دندان‌ها تشکیل می‌دهند. در حدود 1% کلسیم اسکلی، توانایی تبدیل سریع به کلسیم خون را دارد، درصد باقیمانده از ثبات بیشتری برخوردار بوده و به تدریج به کلسیم خون تبدیل می‌گردد. مقادیر کمی از کلسیم، خارج از استخوان و در داخل سرم به گردش درمی‌آید. بخشی از آن به پروتئین متصل شده و ...

خلاصه فارسی: تعداد 32 نمونه غذا ، آب منابع و عضله ماهی به منظور اندازه گیری فلزات سرب و آهن در فصلهای تابستان و پاییز ، در دو نوبت با فاصله 3 ماه از چهار مزرعه پرورش ماهی قزل آلای رنگین کمان در استان چهارمحال بختیاری اخذ شده و مورد بررسی قرار گرفت . میزان آهن و سرب به ترتیب در کل نمونه‌های آب مزارع مختلف برابر با 4/4 ± 6/60 و 2/0 ± 5/2 میکرو‌گرم بر لیتر ، میزان آهن و سرب به ...

ادم ادم از نظر بالینی با افزایش مشخص در حجم مایع بینابینی مشخص می شود . مایع بینابینی ممکن است قبل از بروزادم مشخص چندین لیتر افزایش یافته باشد . بنابراین تظاهرات مشخص ادم ،اغلب چندین کیلوگرم اضافه وزن ایجاد می شود و همچنین در بیماری که کمی ادماتو می باشد قبل از رسیدن به وزن خشک باید وزن توسط دیورز کاهش یابد. انازارک به معنی ادم منتشر قابل رویت می باشد. اسیت وهیدروتوراکس به معنی ...

خلاصه: بسياري از قسمت ها محيط هاي مکانيکي خود را بعنوان يک نتيجه از تغييرات فيزيکي يا عيوب وفق مي دهند.سلول ها با هم براي اين مرحله آشکار کننده و موثر مي باشند.اگر چه خيلي از مطالعات روشن و واضح عملي شده است تا به مکانيزم آشکار کننده ها و سازگا

تارخچه رادیولوژی: کشف اشعه ایکس در نوامبر سال ۱۸۹۵ یکی از مهمترین وقایع علمی و پزشکی بود .اما کشف برای بیش از صدسال پیشرفت و توسعه در رادیولوژی تازه سر آغاز راه بود . سالهای ۱۸۹۵ الی ۲۰۰۵ با توجه به تحولات و پیشرفتهای شگرف در علم تشخیص و درمان توسط اشعه ایکس ،قرن رادیولوژی لقب گرفته است . انچه در ذیل می اید نکات مهم و برجسته این علم از ابتدا تا به امروز میباشد که توسط کالج ...

سمينار کارشناسي ارشد ( M.S.C ) رشته مهندسي پزشکي – بيوالکتريک سال تحصيلي 87-88 فصل اول بررسي عوامل ايجاد کننده زخم بستر، روشها و مکانيزم هاي پيشگيري ازآن 1-1- مقدمه اصولاوقتي بدن يک موجود زنده در مدت زمان طولاني بر روي

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول