مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
محمد احمدی آلاشتی؛ بهمن وحیدی؛ مهتاب عباد
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، ، صفحه 1-15
چکیده
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار ...
بیشتر
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار و محل نشست ذرات در مجاری تنفسی، به عنوان مبنای درک مکانوبیولوژیکی این بیماریها به شمار میرود. گردآوری تجربی دادهها از انتقال ذرات در ریهی انسان فرایند بسیار دشواری میباشد. اما روش دینامیک سیالات-ذرات محاسباتی، امکان شبیهسازی دادههای انتقال ذرات در مدلهای واقعی را فراهم ساخته است. نشست ذرات آیروسول در ریهی انسان، از طریق ترکیب برخورد در اثر اینرسی، رسوب در اثر گرانش و انتشار روی میدهد. مکانیسم اصلی نشست ذرات در مجاری پایین دست، برای ذراتی با قطر آیرودینامیکی 5/0 تا 5 میکرومتر و در حالت انبساط ریه (در حالت دم)، رسوب ناشی از نیروی گرانش و انتقال همرفتی ناشی از حرکت دیوارهها میباشد. در این پژوهش، جریان سیال-ذره در نسل 18-ام از مجاری تنفسی مدلسازی شده و میزان نشست ذرات در مجاری تنفسی برای دو حالت گرانش ناچیز و نرمال، با فرض تغییر مکان ایزوتروپیک در دیوارهها و میزان دبی ورودی 1 mg/s، مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج به دست آمده نشان میدهد که به دلیل توانایی نفوذ ذرات با قطر آیرودینامیکی کمتر از 5 میکرومتر به نواجی عمیق مجاری تنفسی، با ناچیز کردن اثر نیروی گرانش، میزان نشست ذرات در مجاری پاییندست سیستم تنفسی تا حد بسیار زیادی کاهش مییابد. ذرات با قطر 5 میکرومتر، تحت تاثیر برخورد اینرسی (که بیشتر در مجاری با قطر بزرگ و متوسط روی میدهد) و همچنین در اثر رسوب (که بیشتر در مجاری پاییندست عمل میکند)، دچار نشست میشوند.
بهروز جعفرزاده؛ هانیه نیرومند اسکوئی؛ فرزان قالیچی
دوره 12، شماره 4 ، بهمن 1397، ، صفحه 287-297
چکیده
سیستمهای گردش خون مصنوعی، نقش غیر قابل انکاری در ارزیابی و توسعهی دستگاههای کمکبطنی، دریچههای قلبی، قلبهای مصنوعی، ریههای مصنوعی، پیوند عروق و پمپهای بالنی داخل آئورتی دارند. همچنین، در مهندسی بافت دریچههای قلبی و سایر مطالعات مرتبط با سیستم قلب و عروق نیز میتوان از سیستمهای گردش خون مصنوعی بهره برد. یکی از ...
بیشتر
سیستمهای گردش خون مصنوعی، نقش غیر قابل انکاری در ارزیابی و توسعهی دستگاههای کمکبطنی، دریچههای قلبی، قلبهای مصنوعی، ریههای مصنوعی، پیوند عروق و پمپهای بالنی داخل آئورتی دارند. همچنین، در مهندسی بافت دریچههای قلبی و سایر مطالعات مرتبط با سیستم قلب و عروق نیز میتوان از سیستمهای گردش خون مصنوعی بهره برد. یکی از ارکان اصلی این سیستمها، تولید جریان پالسی، مشابه با پالس جریان خون خروجی قلب بوده که توسط پمپ پالسی تولید میشود. در این پژوهش، یک سیستم گردش خون مصنوعی با قابلیت شبیهسازی فشار و جریان فیزیولوژیکی بدن انسان در حالت سالم و بیمار، طراحی و ساخته شده است. در این سیستم، تولید پالس فشار و جریان، بر عهدهی یک پمپ پالسی با قابلیت برنامهنویسی و تغییر الگوی حرکتی برای شبیهسازی بطن چپ میباشد که بعد از طراحی در نرمافزار سالیدوورک، جهت استفاده در سیستم گردش خون مصنوعی، ساخته شد. برای بررسی عملکرد سیستم، آزمایشهای متعددی با مقادیر کمپلیانس شریانی و مقاومت محیطی متفاوت و تغییر الگوی حرکتی موتور پلهای، انجام شده است. نتایج حاصل از این آزمایشها نشان میدهند که با تغییر الگوی حرکتی موتور پلهای از سرعت ثابت به سرعت متغییر و کنترل آن در یک سیکل (360 درجه) و همچنین با تغییر در مقادیر کمپلیانس شریانی و مقاومت محیطی، میتوان شکل موجهای فشار و جریان فیزیولوژیک را تولید کرد. نتایج به دست آمده، عملکرد قابل قبول این سیستم را در شبیهسازی شرایط فیزیولوژیکی تایید میکنند. علاوه بر این، سیستم طراحی شده، قابلیت نرمافزاری برای تولید شکل پالسهای جریان متفاوت را دارا میباشد.
زهرا ملاحسینی؛ بهمن وحیدی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، ، صفحه 125-136
چکیده
برای بیماران مبتلا به بیماریهای مزمن ریوی، ریهی مصنوعی (که بطن راست قلب جریان خون را به سمت آن پمپاژ میکند)، به عنوان یک مرحلهی مقدماتی پیش از پیوند ریه به شمار میآید. عملکرد این دستگاه با چندین معیار، از جمله کارآمدی دستگاه در تبادل گاز، عدم آسیبرسانی به سلولهای خونی و امپدانس پایین در مقایسه با ریهی طبیعی، سنجیده میشود. ...
بیشتر
برای بیماران مبتلا به بیماریهای مزمن ریوی، ریهی مصنوعی (که بطن راست قلب جریان خون را به سمت آن پمپاژ میکند)، به عنوان یک مرحلهی مقدماتی پیش از پیوند ریه به شمار میآید. عملکرد این دستگاه با چندین معیار، از جمله کارآمدی دستگاه در تبادل گاز، عدم آسیبرسانی به سلولهای خونی و امپدانس پایین در مقایسه با ریهی طبیعی، سنجیده میشود. در این مطالعه، بررسی عددی جریان خون غیرنیوتنی حول آرایههایی از فیبرهای توخالی، به عنوان مدلی از دستهفیبرهای موجود در ریهی مصنوعی، به روش حجم-محدود صورت گرفت. دو نوع آرایش مربعی و قطری برای فیبرها در نظر گرفته شد تا اثر آرایش، اثر سرعت ورودی روی توزیع جریان، تنش برشی و غلظت اکسیژن تبادلشده بین سطح فیبرها و جریان خون، بررسی شود. مشاهده شد که سرعت جریان و تنش برشی در آرایش قطری به مراتب بیشتر از آرایش مربعی است، به طوری که برای بیشینهی سرعت مورد بررسی (cm/s 87/10)، تنش برشی روی فیبرها در آرایش قطری حدود 5/3 برابر مقدار آن در آرایش مربعی است. همچنین، بین نتایج این تحلیل با نتایج مطالعات دیگری که در آنها از تبادل اکسیژن صرف نظر شده بود، اختلاف قابل توجهی دیده شد، که بیانگر اهمیت مدلسازی تبادل گاز میباشد. میزان دبی جرمی اکسیژن در خروجی دامنهی حل، به عنوان ملاک کارآمدی دستگاه (از دید تبادل گاز) مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، آرایش قطری در تبادل اکسیژن بسیار کارآمدتر است. اما برای آرایش قطری، افت فشار بیشتری در عبور از دستهفیبرها، نسبت به آرایش مربعی مشاهده شد. نتایج این شبیهسازی میتواند نقطهی شروع مناسبی برای طراحی بهینهی ریهی مصنوعی باشد و در طراحی بهینهی آزمایشهای کلینیکی موثر واقع شود.
برهمکنش سیال و جامد در محیطهای زیستی
سعید ناهیدی؛ علیرضا حسیننژاد؛ ناصر فتورائی؛ زهرا حیدری
دوره 7، شماره 2 ، شهریور 1392، ، صفحه 107-120
چکیده
در لایه های دیواره شریان بوده و این تجمع نیز متأثر از LDL پارامترهای جریان خون همواره متأثر از مکان و شکل تجمع ذرات جریان فیلتراسیون خون در لایه های دیواره شریان است. در این مقاله به منظور بررسی اثر انعطاف پذیری بر روی جریان فیلتراسیون در جریان ضربانی و غیر نیوتنی خون از یک شریان کاروتید با گرفتگی متقارن و با دیواره دو لایه ای انعطاف ...
بیشتر
در لایه های دیواره شریان بوده و این تجمع نیز متأثر از LDL پارامترهای جریان خون همواره متأثر از مکان و شکل تجمع ذرات جریان فیلتراسیون خون در لایه های دیواره شریان است. در این مقاله به منظور بررسی اثر انعطاف پذیری بر روی جریان فیلتراسیون در جریان ضربانی و غیر نیوتنی خون از یک شریان کاروتید با گرفتگی متقارن و با دیواره دو لایه ای انعطاف پذیر متخلخل، از مدل استفاده شده و نتایج آن با نتایج حاصله از مدل دیواره صلب و (PFSI) حل اجزای محدود همراه با برهمکنش سیال و جامد متخلخل مقایسه شده است. پارامترهای مورد مطالعه در این بررسی برای سه شدت گرفتگی متفاوت انجام شده (Porous Rigid متخلخل (مدل کاهش داشته است. Porous Rigid نسبت به مدل PFSI است. نتایج حاصل نشان می دهد که تنش برشی دیواره حدود 22 % در مدل در نواحی قبل و بعد از Porous Rigid نسبت به مدل PFSI همچنین سرعت فیلتراسیون در دیواره متخلخل شریان حاصله از مدل ناحیه گرفتگی، افزایش زیادی در حدود 20 % داشته است، ولی تفاوت سرعت فیلتراسیون بین دو مدل، در ناحیه گرفتگی شریان بسیار ناچیز بوده است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
مینا امیری؛ ادموند زاهدی؛ فریدون بهنیا
دوره 7، شماره 1 ، خرداد 1392، ، صفحه 85-95
چکیده
وجود ارتباط بین بیماریهای عروق قلب و نحوه عملکرد لایه اندوتلیوم (داخلیترین لایه رگهای خونی) اثبات شده است. به منظور ارزیابی عملکرد این لایه، روشهای متعددی پیشنهاد شده که از آن میان به آزمون اتساع ناشی از جریان خون به طور گستردهای توجه شده است. در این آزمون مجرای خون در شریان براکیال بازو در مدت زمان مشخصی بسته شده؛ سپس رها میشود ...
بیشتر
وجود ارتباط بین بیماریهای عروق قلب و نحوه عملکرد لایه اندوتلیوم (داخلیترین لایه رگهای خونی) اثبات شده است. به منظور ارزیابی عملکرد این لایه، روشهای متعددی پیشنهاد شده که از آن میان به آزمون اتساع ناشی از جریان خون به طور گستردهای توجه شده است. در این آزمون مجرای خون در شریان براکیال بازو در مدت زمان مشخصی بسته شده؛ سپس رها میشود و تغییرات قطر شریان با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند ثبت میشود. ابعاد و هزینه زیاد دستگاه تصویربرداری و وابستگی نتایج به نحوه عملکرد کاربر از محدودیتهای این روش به حساب میآیند. در این مقاله سعی شد با استفاده از ثبت سیگنال فوتوپلتیسموگرام حین اجرای آزمون بر این محدودیتها غلبه شود. تغییرات بخش AC سیگنال فوتوپلتیسموگرام پس از آزمون اتساع ناشی از جریان خون با استفاده از مدل خودرگرسیو مرتبه 2 مدلسازی شد و حساسیت ٪6/78 و قطعیت ٪6/81 و صحت ٪80 در طبقهبندی افراد سالم (16 نفر) از افراد دیابتی (14 نفر) به دست آمد. در این مطالعه تأثیر عوامل جنسیت، سن، نوع دیابت و مدت زمان ابتلا به دیابت بررسی نشده است.
الگوبرداری زیستی / زیستتقلیدی
بهزاد سیفی؛ حسین منصورینژاد؛ بهمن وحیدی؛ ناصر فتورائی
دوره 6، شماره 3 ، آذر 1391، ، صفحه 169-175
چکیده
جریان پریستالتیک یا دودیشکل یکی از مهمترین مکانیسمهای انتقال سیال است. این جریان علاوه بر کاربردهای متنوع در مهندسی، مکانیسم بسیار مهم انتقال سیال در بسیاری از اندامهای بیولوژیک به خصوص در دستگاه گوارش و دفع ادرار محسوب میشود. در این مقاله، انتقال بولاس ادرار در میزنای با استفاده از دستگاه شبیهساز حرکات دودیشکل بررسی ...
بیشتر
جریان پریستالتیک یا دودیشکل یکی از مهمترین مکانیسمهای انتقال سیال است. این جریان علاوه بر کاربردهای متنوع در مهندسی، مکانیسم بسیار مهم انتقال سیال در بسیاری از اندامهای بیولوژیک به خصوص در دستگاه گوارش و دفع ادرار محسوب میشود. در این مقاله، انتقال بولاس ادرار در میزنای با استفاده از دستگاه شبیهساز حرکات دودیشکل بررسی شده است. از ویژگیهای این دستگاه میتوان به قابلیت بررسی پارامترهای مختلف مؤثر بر جریان دودیشکل ادرار، مانند اثر اختلاف فشار ورودی و خروجی میزنای بر دبی تخلیه و میزان جریان بازگشتی از میزنای به کلیه، تأثیر سرعت متوسط انتقال بولاس بر دبی تخلیه و میزان جریان بازگشتی، اثر وجود فیلم سیال در میزنای بر دبی تخلیه و همچنین تأثیر تغییر طول بولاس بر میزان جریان بازگشتی اشاره کرد. نهایتاً مشاهده شد که افزایش اختلاف فشار ورودی و خروجی موجب کاهش نسبت رفلاکس به حجم اولیه بولاس و افزایش دبی تخلیه شده وکاهش سرعت انتقال ادرار باعث کاهش میزان رفلاکس و دبی خروجی میشود. افزایش ضخامت فیلم سیال در مجرا نیز باعث کاهش دبی تخلیه خروجی میشود و با افزایش طول بولاس ادرار، بر میزان جریان بازگشتی افزوده میشود.
برهمکنش سیال و جامد در محیطهای زیستی
سعید ناهیدی؛ علیرضا حسیننژاد؛ ناصر فتورائی؛ زهرا حیدری
دوره 6، شماره 1 ، خرداد 1391، ، صفحه 71-79
چکیده
پارامترهای همودینامیک جریان خون همواره متأثر از میزان شدت گرفتگی شریان و از عوامل تأثیرگذار بر پیشرفت بیماری گرفتگی شریانی هستند. در این مقاله، با در نظر گرفتن سه شدت گرفتگی متفاوت به بررسی عددی اثر نفوذپذیری دیواره شریان بر پارامترهای همودینامیک در یک مدل شریان گرفته شده، با دیواره دو لایهای انعطافپذیر و با حضور جریان ضربانی ...
بیشتر
پارامترهای همودینامیک جریان خون همواره متأثر از میزان شدت گرفتگی شریان و از عوامل تأثیرگذار بر پیشرفت بیماری گرفتگی شریانی هستند. در این مقاله، با در نظر گرفتن سه شدت گرفتگی متفاوت به بررسی عددی اثر نفوذپذیری دیواره شریان بر پارامترهای همودینامیک در یک مدل شریان گرفته شده، با دیواره دو لایهای انعطافپذیر و با حضور جریان ضربانی و غیر نیوتنی خون با استفاده از مدل حل عددی برهمکنش سیال و جامد متخلخل (PFSI) پرداخته شده است. در این بررسی نشان داده شد که فرض نفوذپذیری بر پارامترهای همودینامیک بسیار تأثیرگذار است، به طوری که در مقایسه نتایج مدل PFSIبا نتایج مدل بدون فرض نفوذپذیری دیواره با استفاده از حل برهمکنش سیال و جامد (PFSI) ، تنش برشی دیواره حدود 6 % کاهش، جابجایی دیواره حدود 30% و تنش مؤثر در دیواره متخلخل و انعطافپذیر شریان بیش از 72 % در شدتهای گرفتگی مختلف افزایش داشته است.
بیومکانیک قلب و عروق
نیما همتی؛ محمدجواد ابوالحسنی
دوره -2، شماره 1 ، تیر 1384، ، صفحه 35-46
چکیده
روش های مختلفی برای اندازه گیری و نمایش تغییرات سرعت جریان خون در شریان ها و وریدها پیشنهاد شده است. از این میان، سرعت سنج های فراصوتی بر پایه اندازه گیری فرکانس شیفت داپلر و محاسبه سرعت جریان خون از روی فرکانس شیفت استوار می باشند. با استفاده از منحنی سرعت– زمان یا طیف های حاصله در حوزه فرکانس که هر دو از خروجی های دستگاه به شمار ...
بیشتر
روش های مختلفی برای اندازه گیری و نمایش تغییرات سرعت جریان خون در شریان ها و وریدها پیشنهاد شده است. از این میان، سرعت سنج های فراصوتی بر پایه اندازه گیری فرکانس شیفت داپلر و محاسبه سرعت جریان خون از روی فرکانس شیفت استوار می باشند. با استفاده از منحنی سرعت– زمان یا طیف های حاصله در حوزه فرکانس که هر دو از خروجی های دستگاه به شمار می روند، وجود یا عدم وجود موارد غیرطبیعی و درجه گرفتگی عروق آشکار می گردد. در این تحقیق، طراحی و ساخت یک نمونه جریان سنج فراصوت پالسی مورد بررسی قرار گرفته است. سخت افزار ساخته شده شامل دو بخش آنالوگ و دیجیتال است. قسمت مدارات آنالوگ از نوسان ساز اصلی، مدار تولید سیگنال تحریک، فرستنده، گیرنده، تقویت کننده، دمدولاتور و مدار نمونه برداری از سیگنال تشکیل شده است. خروجی آنالوگ، توسط یک کارت مبدل آنالوگ به دیجیتال، به صورت کدهای دیجیتال تبدیل شده و به کامپیوتر انتقال می یابد. به علاوه، واحد کنترل دیجیتال کار نظارت بر مدارات آنالوگ را بر عهده دارد. پس از انتقال اطلاعات به کامپیوتر، محاسباتی از قبیل گرفتن تبدیل فوریه سریع، نمایش منحنی تغییرات سرعت جریان خون با زمان و محاسبه و نمایش اسپکتروگرام دوبعدی، همگی توسط نرم افزار نوشته شده در محیط Visual C++6 انجام می پذیرد. برای آزمایش سیستم، یک فانتوم داپلر با کنترل تمام الکترونیکی ساخته شد که از آن می توان برای آزمایش و کنترل کیفی سیستم های داپلر بالینی دیگر نیز استفاده کرد.
بیومکانیک قلب و عروق
فرامرز فیروزی؛ ناصر فتورائی؛ سیامک نجاریان
دوره -1، شماره 2 ، بهمن 1383، ، صفحه 129-142
چکیده
در زندگی صنعتی امروز، تقاضا برای پیوند قلب رو به افزایش است. به همین دلیل نیاز به وسایل کمکی کاشتنی در بدن به منظور استفاده طولانی مدت بیشتر شده است. یکی از جدیدترین این وسایل، از نوع کسیه ای آن است که قابلیت کاشتن در بدن را داشته و مولد جریان ضربانی می باشد. در تحقیق حاضر، سه مدل مختلف از وسیله کمکی بطن چپ قلب از نوع کیسه ای به صورت عددی ...
بیشتر
در زندگی صنعتی امروز، تقاضا برای پیوند قلب رو به افزایش است. به همین دلیل نیاز به وسایل کمکی کاشتنی در بدن به منظور استفاده طولانی مدت بیشتر شده است. یکی از جدیدترین این وسایل، از نوع کسیه ای آن است که قابلیت کاشتن در بدن را داشته و مولد جریان ضربانی می باشد. در تحقیق حاضر، سه مدل مختلف از وسیله کمکی بطن چپ قلب از نوع کیسه ای به صورت عددی تحلیل شده است. در مدل 1، حرکت دیواره متحرک وسیله کمکی به صورت ساده فرض شده است. در مدل 2، به منظور بررسی اثر شکل مرز متحرک در جریان، این حرکت به صورت مواج در نظر گرفته شده است. در مدل 3، شرایط مرزی فشار به مدل 2 اضافه شده تا تاثیر شرایط فشار واقعی موجود در بدن بر الگوی جریان عبوری بررسی شود. نتایج حاصل از بررسی تنش های اعمال شده توسط جریان خون به غشا کیسه ای در مدل های مختلف و مقایسه آنها نشان می دهد ترم ویسکوز تنش اعمال شده از سیال در مقایسه با ترم فشار آن قابل صرف نظر کردن است. هم چنین الگوی حرکتی دیواره متحرک و اعمال فشار سیال در شرایط مرزی باعث تغییر عمده ای در الگوی جریان خون عبوری نمی شود.