عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی تاثیر رشته های عصبی و پایه های دندانه ای بر جریان مایع مغزی - نخاعی در ناحیه گردنی در نمونه های سالم و مبتلا به نابهنجاری کیاری
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2341;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58131
- تاریخ دفاع
- ۱۲ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- سروش حیدری پهلویان
- استاد راهنما
- مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- دینامیک حاکم بر حرکت مایع مغزی-نخاعی (CSF) در فضای زیرعنکبوتیه (SAS) نخاعی نقش مهمی را در فیزیولوژی سیستم عصبی و فیزیولوژی آسیبی مربوط به اختلالات دستگاه جمجمه ای نخاعی، همچون نابهنجاری کیاری نوع اول (CMI) بازی می کند. هدف از انجام پژوهش حاضر، ارزیابی تأثیر ریز ساختار های داخل SAS نخاعی، شامل ریشه های عصبی و پایه های دندانه ای، بر هیدرودینامیک CSF بود. مدل های مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، به منظور شبیه سازی جریان CSF در ناحیه گردنی SAS نخاعی و بر مبنای هندسه و شرایط مرزی نمونه محور، برای یک نمونه سالم و یک نمونه مبتلا به CMI تولید گردیدند. تأثیر ریز ساختار های ذکرشده، با بررسی و مقایسه نتایج حاصل از مدل های دارای ریز ساختارها و مدل های بدون آن ها و همچنین مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های CFD با نتایج حاصل از اندازه گیری های انجام‌گرفته توسط روش 4D PCMRI ارزیابی گردید. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دهنده تأثیر قابل‌توجه ریزساختارها بر توزیع سرعت و فشار در جریان CSF درون SAS نخاعی بودند .میزان ازدیاد جریان در ناحیه قدامی SAS، جت های جریان، جریان دوجهته هماهنگ، گرادیان فشار و مقاومت در برابر جریان در مدل های دارای ریزساختارها بیشتر بودند. همچنین، ریزساختارهای مذکور منجر به افزایش چشمگیر اندازه مؤلفه‌های ثانویه میدان سرعت و اختلاط موضعی در جریان CSF شدند. در نظر گرفتن ریزساختارها، به افزایش تشابه نتایج حاصل از شبیه سازی های CFD به نتایج به دست آمده از اندازه گیری های 4D PC MRI منجر شد. با این حال، مقادیر اندازه گیری شده برای بیشینه سرعت ها از روش 4D PCMRI، به میزان قابل‌توجهی از مقادیر پیش‌بینی‌شده در شبیه سازی ها بیشتر بودند. در نهایت، مقایسه میادین فشار و سرعت جریان CSF در نمونه های سالم و بیمار، تفاوت قابل‌توجهی را بین این دو نمونه نشان داد. نتایج حاصل از مطالعه حاضر، اهمیت در نظر گرفتنِ ریزساختارهای درون SAS نخاعی را در به دست آوردن شبیه سازی های دقیقِ جریان CSF و همچنین کاربرد این شبیه سازی ها در ارزیابی دینامیک پیچیده حاکم بر حرکت این سیال روشن می نماید.
- Abstract
- Cerebrospinal fluid (CSF) dynamics in the spinal subarachnoid space (SAS) is thought to play an important role in physiology of nervous system and in pathophysiology of craniospinal disorders such as type 1 Chiari malformation (CMI). The aim of the present study was to determine the impact of fine anatomical structures inside spinal SAS, including nerve roots and denticulate ligaments, on CSF hydrodynamics. Computational fluid dynamics (CFD) models of cervical spinal SAS were created based on subject specific geometries and boundary conditions of a healthy volunteer and a patient diagnosed with CMI. The impacts of fine structures were assessed by evaluating the results of the models with and without fine structures and also by comparing them against the results obtained from time-resolved three directional velocity encoded phase-contrast MRI (4D PCMRI) in-vivo measurements. Our results showed that fine structures had a significant impact on CSF dynamics in terms of velocity and pressure distribution throughout spinal SAS. Anterior dominance of CSF flow, flow jets, synchronous bidirectional flow, pressure gradients and resistance to CSF flow were greater in the models with fine structures. It was also found that fine structures remarkably increased secondary flow components of the velocity field and the local mixing of CSF throughout spinal SAS. Furthermore, adding fine structures caused the result of the CFD simulations to become more similar to the ones obtained from 4D PCMRI measurements. Nevertheless, 4D PCMRI peak CSF velocities were consistently greater than the CFD peak velocities. Finally, significant differences were observed when comparing the velocity and pressure fields in normal and patient cases. The results of the present study highlight the importance of fine structures inside spinal SAS in obtaining a detailed CFD simulations and the utility of these simulations for evaluation of complex CSF dynamics.
