A falmozgás hatása a véráramlásra mesterséges hasi aneurizmákban

Józsa István Tamás MSc I. évf.,

e-mail: csuvi1990@gmail.com

Konzulens: Dr. Paál György, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék

e-mail: paal@hds.bme.hu

Az emberi test működésének tanulmányozása alapos tudást igényel a tudomány több területén (élettan, anatómia, áramlástan, szilárdtest mechanika, stb.). Ennek felismerése szoros együttműködésre sarkallja az orvosokat és a mérnököket. Úgy gondolják, hogy a hemodinamikai folyamatok megértése hozzájárulhat az érrendszeri betegségek diagnosztizáláshoz, gyógyításához, és kialakulásuk okainak feltárásához.

Az aneurizma helyhez kötött, vérrel telt kitüremkedés az érfalon. A kialakulás helye alapján leggyakrabban agyi, és hasi aneurizmák fordulnak elő. Nem minden aneurizma veszélyes. A klasszikus megközelítés szerint az aneurizma méretének növekedésével nagymértékben emelkedik a repedés valószínűsége, ami akár halálos is lehet. Bár léteznek sebészi eljárások [1], amelyekkel csökkenthető a repedés esélye, de ezek kockázatos műtétek, és nem garantálják a gyógyulást. Az aneurizmák kialakulásának okai még ismeretlenek, de a kutatók erős fizikai, kémiai, és biológiai kölcsönhatást fedeztek fel az érfal és a véráramlás között. Egyrészről a pulzáló nyomás, és a csúsztatófeszültségek is deformálják az érfalat, másrészről a fali csúsztatófeszültség befolyással van az érfal felépítésére is. A fal belső felületén megtalálható receptorok a véráramlás fizikai jellemzőitől függően biológiai jeleket közvetítenek az érfal felé, ezzel szabályozva annak sejtszerkezetét, és mechanikai tulajdonságait is [1].

Munkám során kizárólag hasi aneurizmákkal foglalkoztam. A kémiai folyamatokat teljesen figyelmen kívül hagytam, és csak a rugalmas fal, és a véráram közötti mechanikai kölcsönhatást vettem figyelembe. Az irodalom [2], és orvosi képalkotó eszközök felvételei alapján létrehoztam néhány mesterséges geometriát reális geometriai méretekkel. A geometriák diszkretizálása után számos áramlásszimulációt futtattam az ANSYS 14.0 programcsomaggal. Az áramlást laminárisnak feltételeztem, a vért newtoni folyadékként modelleztem, a falra pedig lineáris anyagmodellt alkalmaztam.

A munka távlati célja, hogy feltárjam az egy-, és kétirányú kapcsolás közti különbségeket, mind az áramlás mind a fal szempontjából. A vizsgálat merevfalú szimulációkra is kiterjedt, amivel megpróbáltam feltárni az eltérések okait. Az eredményeket összevetettem más kutatók munkáival, és egyszerű mérésekkel. A szilárd és a folyadék oldalon egyaránt elvégeztem a szükséges háló-konvergencia vizsgálatokat. Ezen kívül sikerrel alkalmaztam egy új módszert a bemenő-, és a kimenő- peremfeltételek definiálására, mellyel lehetségessé vált az artériás érhálózat tetszőleges részén peremfeltételeket előírni 3D-s szimulációkhoz. A peremfeltételek új forrása a tanszéki fejlesztésű egydimenziós tranziens szimulátor [3]. Munkám eredményeképpen remélhetőleg lehetőség nyílik a rendkívül idő-, és erőforrás-igényes kétirányú FSI szimulációk egyszerűsítésére.

Irodalom:

[1] Juan C. Lasheras: The biomechanics of arterial aneurysms. Annual Review of Fluid Mechanics, 39:293-319 (2007).

[2] Carla J. Egelhoff, Ralph S. Budwig, Donald F. Elger, Tariq A. Khraishi, Kaj H. Johansen: Model studies of the flow in abdominal aortic aneurysms during resting and exercise conditions. Journal of Biomechanics, 32: 1319-1329 (1999).

[3] Bárdossy Gergely: Véráramlás modellezése a nagyvérköri artériákban és vénákban. Doktori értekezés (2012).

szerző

Józsa István Tamás
gépészeti modellezés
nappali (angol nyelvű)

konzulens

Dr. Paál György
Egyetemi docens, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék

helyezés

II. helyezett