Choroby układu krążenia stanowią największy problem
Transkrypt
Choroby układu krążenia stanowią największy problem
Nr wniosku: 159115, nr raportu: 5779. Kierownik (z rap.): mgr inż. Aleksandra Jakubowicz Choroby układu krążenia stanowią największy problem współczesnej medycyny i są główną przyczyną zgonów w Polsce i na świecie. W wielu przypadkach możliwe jest ich leczenie lub wspomaganie pracy układu krwionośnego. Takie możliwości daje wykorzystanie urządzenia wspomagającego czynność komór serca lub stentow. Proces ich korzystania obarczony jest niekorzystnymi zjawiskami zachodzącymi podczas przepływu krwi. Do głównych należą wykrzepianie krwi, przez co powstaje skrzep oraz hemoliza polegająca na niszczeniu krwinek czerwonych wskutek fragmentacji, kolizji i gwałtownych zmian prędkości przepływu. W celu uniknięcia kosztownych, czasochłonnych oraz niebezpiecznych dla zdrowia testów możliwe jest użycie symulacji komputerowych. Celem projektu było stworzenie narzędzia opisującego proces przepływu krwi na poziomie mikro skali a przez to wspomaganie projektowania zastępczych lub wspomagających części układu krwionośnego. Innowacyjność zaproponowanego rozwiązania polega na uwzględnieniu złożonej natury krwi. Symulacje uwzględniają obecność krwinek czerwonych w przepływie. Dzięki temu możliwe jest nie tylko badanie deformacji erytrocytów, ale także uwzględnienie ich roli w procesie tworzenia skrzepów. Uzyskiwany zestaw informacji z pojedynczej symulacji jest, zatem znacznie szerszy niż dostępne obecnie rozwiązania. Dzięki temu możliwe jest lepsze dostosowanie badanych części w znacznie krótszym czasie. Stworzony program komputerowy ma budowę modułową, przez co może być łatwo dostosowany do potrzeb symulacji. Poszczególne moduły komunikują się ze sobą w celu stworzenia jak najbardziej wiernemu rzeczywistością przepływu krwi i procesach z nim związanych. Badania koncentrują się na trzech podstawowych obszarach: przepływie plazmy, deformacji krwinek czerwonych oraz na procesie tworzenia się skrzepu. Każdy z obszarów działa niezależnie w oparciu o warunki, które wynikają z działania pozostałych metod. Przepływ plazmy symulowany jest za pomocą metody gazu siatkowego Boltzmanna. Jedną z największych zalet metody jest lokalność obliczeń, która powoduje, że doskonale sprawdza się w architektach równoległych. Deformacja krwinek czerwonych opiera się na znalezieniu optymalnego kształtu, który minimalizuje energie zmagazynowana w membranie, za pomocą metody powiazań spektryny. W wyniku działania programu można uzyskać informacje o procencie krwinek, które uległy zniszczeniu w skutek zbyt wysokich naprezeń. Proces, w jaki powstaje skrzep został opisany w oparciu o model matematyczny oparty o idee kaskady krzepnięcia. Przykładowy wynik symulacji dla przepływu przez tętniak zaprezentowany jest na Rys.1. Widoczne jest na nim nie tylko rozkład prędkości uzyskiwany w naczyniu (czerwony kolor dla wysokich prędkości a niebieski dla niskich), ale także obecność krwinek czerwonych (pozycja zaznaczona jest czerwonymi punktami) oraz pozycja skrzepu (czarny obszar). Badania obejmują, zatem różne skale czasowe: kilku sekund dla przypadku deformacji krwinek oraz tygodni lub miesięcy w przypadku powstawania skrzepu. Wyniki te mogą być wykorzystane do uzasadnienia umieszczenia stentu. Rysunek 1 Przepływ krwi przez tętniak dla testowej geometrii biblioteki Palabos.