ANALIZA PRZEPŁYWU KRWI W TĘTNICACH MÓZGOWYCH

Karolina ADAMCZUK, Koło Biokreatywni przy Katedrze Biomechatroniki, Politechnika
Śląska, Gliwice
Wojciech WOLAŃSKI, Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
Wojciech KASPERA, Oddział Kliniczny Neurochirurgii w Sosnowcu, Śląski Uniwersytet
Medyczny
ANALIZA PRZEPŁYWU KRWI W TĘTNICACH MÓZGOWYCH
ANALYSIS OF BLOOD FLOW IN CELEBRAL ARTERIES
Słowa kluczowe: przepływ krwi, tętnica środkowa mózgowa, tętniak mózgowy
1. WSTĘP
Na podstawie przeglądu literatury [1-3] możemy zauważyć, że częstą przyczyną
zaburzenia przepływu krwi przez środkowe tętnice mózgowe są tętniaki. Dlatego w pracy
przeprowadzono analizę przepływu krwi w warunkach fizjologicznie prawidłowych, jak
i patologicznych (tętnicy z tętniakiem). Porównanie wyników w obu przypadkach pozwoli na
określenie wpływu tętniaka na zmiany przepływu w tętnicach.
Własności krwi przyjmowane do symulacji przepływu opisywane są w literaturze za
pomocą różnych równań i praw, które stosowane są przy określonych założeniach
uproszczających. Najczęściej zakłada się, że przepływ krwi przez tętnice występuje wzdłuż
osi naczynia. Rozkład prędkość przepływu na pozostałych kierunkach jest znikomy i wynosi
zero. W założeniach analizy przepływu krwi pomija się również siły ciężkości oraz zakłada
się nieodkształcalność ścian naczyń krwionośnych. Na podstawie przeglądu literatury [4-6]
możemy oszacować fizjologiczne wartości naprężenia ścinającego ściany naczynia
tętniczego, które mieszczą się w przedziale od 1,5 Pa do 7 Pa. Naprężenia ścinające
wynoszące powyżej 7 Pa sprzyjają powikłaniom zakrzepowym czy powstawaniu tętniaków,
które zazwyczaj występują przy przepływie krwi w naczyniach zwężonych wskutek
miażdżycy.
2. SYMULACJE NUMERYCZNE
Do przeprowadzenia analizy przepływu krwi zostały opracowane modele tętnicy
mózgowej środkowej fizjologicznie prawidłowej oraz tętnicy patologicznej z występującym
na niej tętniakiem. Wyniki uzyskane z symulacji modeli umożliwią porównanie przepływu
krwi w: (i) tętnicy zdrowej oraz z tętniakiem pochodzących od różnych pacjentów, (ii) tętnic
zdrowych pochodzących od tego samego pacjenta, (iii) tętnicy zdrowej i z tętniakiem
pochodzącej od jednego pacjenta. Modele tętnic opracowano w programie Mimics na
podstawie zdjęć z tomografii komputerowej (TK). Następnie w programie Ansys dokonano
analizy rozkładu naprężenia, ciśnień oraz prędkości przepływu krwi - rys. 1.
XIII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 150
Rys. 1. Przykładowy rozkład a) ciśnienia dla tętnicy fizjologicznie prawidłowej,
b) naprężenie tętnicy z tętniakiem, c) prędkości przepływu krwi dla tętnicy prawidłowej,
d) prędkości przepływu krwi dla tętnicy z tętniakiem
3. PODSUMOWANIE
W pracy dokonano analizy przepływu krwi przez tętnicę mózgową środkową dla różnych
wariantów (fizjologicznie prawidłowych oraz patologicznych). Przeprowadzone badania
potwierdziły przypuszczenia, że tętniak zaburza przepływ krwi. Uzyskane wyniki ujawniły
silne turbulencje i zawirowania krwi w jego obrębie. Zauważono również, że tętniak utrudnia
dalszy przepływ krwi za bifurkacją. W miejscu rozwidlenia się tętnicy fizjologicznie
prawidłowej występują obszary podwyższonego ciśnienia i naprężenia, co może być
przyczyną powstawania tętniaków. W przypadku tętnicy fizjologicznie prawidłowej przepływ
krwi z reguły jest jednostajny i spokojny, a jedynie w niektórych przypadkach powstają małe
zawirowania w miejscu podziału się tętnicy.
LITERATURA
[1] Ciszek B., Ząbek M., Anatomia tętnicy środkowej mózgu a obraz angiograficzny jej tętniaków,
Neur. Neurochir. Pol. 1992, Supl.1.
[4] Liebert W., Nowak S., Smól S., Majewski T., Dobrzycki Z., Tętniaki tętnicy środkowej mózgu,
Neuroskop 1999, tom I, nr 1
[2] Hołyst J., Tokarz F., Tętniaki tętnicy środkowej mózgu, Neurochirurgia naczyniowa mózgowia,
PZWL, Warszawa 1977
[3] Kurowska-Nouyrigat W., Szumbarski J., Modelowanie przepływu krwi przez naczynie wieńcowe
ze stentem, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska,
Aktualne Problemy Biomechaniki, nr 3/2009
[4] Jóźwik K., Obidowski D., Reorowicz P., Kłosiński P., Wykorzystanie metod numerycznych w
konstrukcji układu pozaustrojowego pompy wspomagania pracy serca ReligaHeart EXT
[5] Obidowski D., Symulacja przepływu krwi w tętnicach kręgowych człowieka, Praca doktorska,
Politechnika Łódzka, 2007
[6] Peryt-Stawiarska S., Wasilewski J., Możliwości zastosowania numerycznej mechaniki płynów
(CFD) do symulacji przepływu krwi przez tętnice wieńcowe. Przykłady segmentacji obrazów
tomografii komputerowej i budowy modelu do obliczeń CFD, Inż. Ap. Chem. 2014, 53, 6, 403405