İntratorasik hava yollarındaki akış karakteristiklerinin nümerik yöntemler kullanılarak analizi
Analysis of flow characteristics in intratoracic airlines using numerical methods
Yazar: UĞUR AYDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN KÜRŞAD SEZER ; PROF. DR. MUSTAFA ZEKİ YILMAZOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Göğüs Hastalıkları = Chest Diseases ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Bu çalışmada, toraks bilgisayarlı tomografileri (BT) hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile değerlendirilmiştir. 16 yaşındaki, Pulmoner Aspergillozis tanısı almış kadın hastanın enfeksiyon sırasında, enfeksiyon sonrasında ve akciğer enfeksiyonu olmadığı bir dönemde çekilen BT verileri kullanılarak solunum yolları, özellikle tıbbi amaçlı kullanılan bir görüntü işleme yazılımı olan MIMICS ile modellenmiştir. Modellemeler ile elde edilen geometriler HAD simülasyonlarında kullanılmış olup bu simülasyonlar ANSYS Fluent kullanılarak yapılmıştır. Geometrilerdeki akış paternleri, kesit alanları, akışkanın hızı ve basıncı ile yapısal değişiklikler incelenmiştir. Patolojik durum için elde edilen sayısal sonuçlar sağlıklı durumdakiler ile karşılaştırılmış olup hastanın solunum fonksiyon testleri ile bu sonuçlar arasındaki ilişki incelenmiştir. BT bulgularının HAD analizleriyle değerlendirilmesi neticesinde enfeksiyon döneminde sağlıklı döneme göre sol ana bronştaki hava akımının azaldığı, tüm kesit alanlarında daralma olduğu, akış paternlerinde belirgin bozulmalar olduğu görülmüştür. Enfeksiyonlu durumda, en yüksek akış hızına mukus plağının olduğu bölgede erişildiği görülmüştür. Enfeksiyon sonrasında enfeksiyonlu duruma göre tüm kesit alanlarının genişlediği, akış paternlerinin düzeldiği ve geometrilerdeki bozulmaların önemli ölçüde düzeldiği bulunmuştur. Klinik bulgular düzelse dahi hava akımına dair özelliklerin Aspergillosis öncesi duruma ulaşamadığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, computed tomography (CT) of the thorax was evaluated with computational fluid dynamics (CFD). Respiratory tracts of a 16-year-old female patient diagnosed with Pulmonary Aspergillosis were modeled with MIMICS software which is an image processing software used especially for medical purposes, using CT data taken during infection, after infection, and in the absence of lung infection. The geometries obtained by modeling were used in CFD simulations and these simulations were made using ANSYS Fluent. Flow patterns, cross-sectional areas, velocity and pressure of the fluid and structural changes in the geometries were investigated. The numerical results obtained for the pathological condition were compared with those in the healthy condition, and the relationship between the patient's pulmonary function tests and these results were examined. As a result of the evaluation of CT findings with CFD analysis, it was observed that the air flow in the left main bronchus decreased in the infection period compared to the healthy period, there was a narrowing in all cross-sectional areas, and there were significant deteriorations in the flow patterns. In the infected state, it was observed that the highest flow rate was reached in the region of the mucous plaque. It was found that after the infection, all cross-sectional areas expanded, flow patterns improved, and the distortions in geometries were significantly improved according to the infected condition. Even if the clinical findings improved, it was observed that the airflow characteristics could not reach the pre-Aspergillosis state.