İntrakraniyal Anevrizma Üzerinde Oluşan Sesin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Kullanılarak Sayısal Modellenmesi

İntrakraniyal anevrizma, beyindeki bir arterin yırtılmasına ve ciddi sağlık bozukluklarına yol açabilecek bir damar genişlemesidir. Anevrizma oluşumunun kesin nedenleri hala belirsizdir; ancak bozulmuş hemodinamik parametreler ve kan akış koşullarındaki anormallikler damar genişlemesinin başlamasında rol oynar. Bu çalışmada, bozulmuş akış koşullarını ve anevrizma duvarında oluşan sesi incelemek için basitleştirilmiş bir intrakraniyal anevrizma modeli kullanılmıştır. Anevrizmaya bağlı olarak oluşan sesi belirlemek için, hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları kullanılmış ve iç damar duvarındaki basınç dalgalanmaları incelenmiştir. Kararsız akış basınçlarını bulmak için büyük girdap benzeşimi modelleri kullanılmıştır. Sayısal akış simülasyonlarının sonuçları, anevrizma yakınındaki bölgelerde oluşan ses seviyelerinin arttığını göstermektedir. Anevrizma üzerindeki ses seviyeleri, normal damar çapına sahip bölgelerdeki ses seviyeleri ile karşılaştırıldığında, anevrizmanın ses oluşumunda 10 dB civarında bir artışa neden olduğu görülmektedir. Akış kaynaklı sesteki bu göreceli artışın, ciddi semptomlarla karşılaşmadan önce intrakraniyal anevrizmaların teşhisi açısından önemli olduğu öngörülmektedir.

Numerical Modeling of the Sound Generated on an Intracranial Aneurysm Using Computational Fluid Dynamics

Intracranial aneurysm is the enlargement of an artery in the brain which may lead to rupture and result in serious health disorders. The exact mechanism of aneurysm formation is still unclear; however, the disturbed hemodynamics take part in the initiation of the vessel enlargement. In this study, a simplified intracranial aneurysm is numerically investigated to elucidate the disturbed flow conditions and the generated sound on the aneurysm wall. In order to determine the generated sound, the pressure fluctuations on the inner wall are obtained using computational fluid dynamics simulations. Large eddy simulation model is employed to find the unsteady flow pressures. The results indicate that the sound levels increase at the proximity of the intracranial aneurysm. The sound levels on the aneurysm are compared to the sound levels on the sites with normal vessel diameter, and it is seen that the aneurysm results in about 10 dB increase in the sound generation. This relative increase in the flow-generated sound is important in terms of the diagnosis of the intracranial aneurysms, which can be used as a diagnostic tool for the early detection of the aneurysm before facing with the serious symptoms.

___

  • [1] P. S. Amenta, S. Yadla, P. G. Campbell, M. G. Maltenfort, S. Dey, S. Ghosh, M. S. Ali, J. I. Jallo, S. I. Tjoumakaris, L. F. Gonzalez, A. S. Dumont, R. H. Rosenwasser, P. M. Jabbour, “Analysis of nonmodifiable risk factors for intracranial aneurysm rupture in a large, retrospective cohort,” Neurosurgery, vol. 70, no. 1, pp. 693–701, 2012.
  • [2] H. Asgharzadeh, H. Asadi, H. Meng, I. Borazjani, “A non-dimensional parameter for classification of the flow in intracranial aneurysms. II. Patient-specific geometries,” Physics of Fluids, vol. 31, no. 3, pp. 031905, 2019.
  • [3] J. J. Chiu, S. Chien, “Effects of disturbed flow on vascular endothelium: pathophysiological basis and clinical perspectives,” Physiological Reviews, vol. 91, no. 1, pp. 327–387, 2011.
  • [4] J. D. Humphrey, “Vascular adaptation and mechanical homeostasis at tissue, cellular, and sub-cellular levels,” Cell Biochemistry and Biophysics, vol. 50, no. 2, pp. 53–78, 2008.
  • [5] J. M. Dolan, J. Kolega, H. Meng, “High wall shear stress and spatial gradients in vascular pathology: a review,” Annals of Biomedical Engineering, vol. 41, no. 7, pp. 1411–1427, 2013.
  • [6] H. E. Salman, B. Ramazanli, M. M. Yavuz, H. C. Yalcin, “Biomechanical investigation of disturbed hemodynamics-induced tissue degeneration in abdominal aortic aneurysms using computational and experimental techniques,” Frontiers in bioengineering and biotechnology, vol. 7, pp. 111, 2019.
  • [7] J. C. Lasheras, “The biomechanics of arterial aneurysms,” Annual Review of Fluid Mechanics, vol. 39, no. 1, pp. 293–319, 2007.
  • [8] D. M. Sforza, C. M. Putman, J. R. Cebral, “Hemodynamics of cerebral aneurysms,” Annual Review of Fluid Mechanics, vol. 41, no. 1, pp. 91–107, 2009.
  • [9] T. Hassan, E. V. Timofeev, M. Ezura, T. Saito, A. Takahashi, K. Takayama, T. Yoshimoto, “Hemodynamic analysis of an adult vein of Galen aneurysm malformation by use of 3D image-based computational fluid dynamics,” American Journal of Neuroradiology, vol. 24, no. 6, pp. 1075–1082, 2003.
  • [10] H. E. Salman, Y. Yazicioglu, “Flow-induced vibration of constricted artery models with surrounding soft tissue,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 142, no. 4, pp. 1913-1925, 2017.
  • [11] H. E. Salman, C. Sert, Y. Yazicioglu, “Computational analysis of high frequency fluid-structure interactions in constricted flow.” Computers & Structures, vol. 122, pp. 145-154, 2013.
  • [12] K. Ozden, C. Sert, Y. Yazicioglu, “Numerical investigation of wall pressure fluctuations downstream of concentric and eccentric blunt stenosis models,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, vol. 234, no. 1, pp. 48-60, 2020.
  • [13] H. Asgharzadeh, I. Borazjani, “Effects of Reynolds and Womersley numbers on the hemodynamics of intracranial aneurysms,” Computational and mathematical methods in medicine, vol. 2016, 2016.
  • [14] K. M. Saqr, S. Rashad, S. Tupin, K. Niizuma, T. Hassan, T. Tominaga, M. Ohta, “What does computational fluid dynamics tell us about intracranial aneurysms? A meta-analysis and critical review,” Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, vol. 40, no. 5, pp. 1021-1039, 2020.
  • [15] H. Asgharzadeh, H. Asadi, H. Meng, I. Borazjani, “A non-dimensional parameter for classification of the flow in intracranial aneurysms. II. Patient-specific geometries,” Physics of Fluids, vol 31, no. 3, pp. 031905, 2019.
  • [16] H. Zhang, X. Zhang, S. Ji, Y. Guo, G. Ledezma, N. Elabbasi, H. deCougny, “Recent development of fluid–structure interaction capabilities in the ADINA system,” Computers & Structures, vol. 81, no. 8-11, pp. 1071–1085, 2003.
  • [17] C. M. Scotti, E. A. Finol, “Compliant biomechanics of abdominal aortic aneurysms: a fluid–structure interaction study”, Computers & Structures, vol. 85, no. 11-14, pp. 1097–1113, 2007.
  • [18] M. M. Molla, M. C. Paul, “LES of non-Newtonian physiological blood flow in a model of arterial stenosis,” Medical Engineering & Physics, vol. 34, no. 8, pp. 1079-1087, 2012.
  • [19] S. R. Krishnan, C. S. Seelamantula, “On the selection of optimum Savitzky-Golay filters,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 61, no. 2, pp. 380-391, 2012.
  • [20] J. Bernsdorf, D. Wang, “Non-Newtonian blood flow simulation in cerebral aneurysms,” Computers & Mathematics with Applications, vol. 58, no. 5, pp. 1024-1029, 2009.
Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Sulu Çözeltilerden Pb2+ İyonlarının Uzaklaştırılmasında Atık Portakal Kabuklarının Kullanılması: Kinetik ve Termodinamik Çalışmalar

Yalçın ALTUNKAYNAK, Mutlu CANPOLAT, Ömer YAVUZ

Düzce İli Fındık Bahçelerinde Fındık Kozalak Akar Türleri ve Bulaşma Oranının Belirlenmesi

Dicle KAYA, Sevcan ÖZTEMİZ, İbrahim CİNER

Durağan Olmayan Bir Kinetik Denklem İçin Bazı Düz ve Ters Problemler

Elif ÖZSOY ÇAKIR, Fikret GÖLGELEYEN

İki Pozitif Azot Atomu İçeren Di-katyonik Yüzey Aktif Maddelerin Sentezi ve 1.0 M HCl Ortamında Korozyon İnhibisyon Etkinliklerinin İncelenmesi

Serkan ÖZTÜRK, Emine TELCİ, Gamze BEKTAŞ, Büşra KAYA, Ebru TANER, Kübra KIVRAK

Kilis Yüzeysel Su Kaynaklarından İzole Edilen Fekal Streptokokların Antibiyotik Hassasiyet Profilleri

Hatice Aysun MERCİMEK TAKCI, Sevil TOPLAR

Bir üretim kusuru: fiber distorsiyonu ve polimer kompozitlerin termomekanik özellikleri üzerindeki etkisi

Fatih Ertuğrul ÖZ

Yüz Tanıma Sistemleri İçin Geliştirilmiş Veri Artırma Temelli Adaptif Yüz Tanıma Modeli

Mustafa TAN, Cem EMEKSİZ

Farklı İnsidans Oranlarının Etkisi Altında Bir SEIR Epidemiyolojik Modelinin Optimal Kontrolü

Derya AVCI

Derin Öğrenme ile Cilt Tipi Tespiti: Karşılaştırmalı Bir Analiz

Fatma Betül KARA, Resul KARA, Seda SAKACI ÇELİK

Elyaf Takviyeli Çimentolu Levhaların Derzli-Delikli Akustik Panel Olarak Kullanımında Perforasyon Özelliklerinin Etkisi

Lütfullah GÜNDÜZ, Şevket Onur KALKAN