Kan akışının açık kaynak kodlu program ile sayısal analizi
Numerical analysis of blood flow with open source programme
Yazar: NİLAY AYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAD KUCUR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı kan akışının bilgisayar destekli modellenmesi sonucu kritik hemodinamik parametrelerin tespiti ve kalp-damar hastalıklarına etkisinin incelenmesidir. Sayısal analizler yapılmış, literatürde yer alan gerçek kan damarındaki akış sonuçlarıyla karşılaştırılarak, kalp-damar hastalıklarının önlenmesi yönündeki çabalara katkı sunmak amaçlanmıştır. Karotis arter (şah damar) beyne ve yüze kan taşıyan bir atardamar olduğundan bunun üzerinde oluşabilecek ateroskleroz yapıları hayati tehlike arz edebilmektedir. Bu nedenle karotis arter geometrileri incelenmiştir. Farklı çatallanma açıları ve farklı sinüs bölgesi konumları için damar geometrileri üzerinde durulmuştur. Akışın daimi ve sıkıştırılamaz olması koşulu altında SIMPLE(Basınca Bağlı Denklemler için Yarı–Kapalı Yöntem) algoritması ile simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Ortak karotis arter (CCA) ve iç karotis arter (ICA)  bölgelerine dair veriler incelenmiştir. Duvar kayma gerilmeleri (WSS), akım çizgileri, hız kontürleri ve kalıntılar için sonuçlar elde edilmiş, literatürde yapılmış örneklerle karşılaştırılmıştır. Bu çalışma süresince SALOME (tasarım ve örgü), Gmsh (örgü), OpenFOAM (simülasyon), ParaView (veri görselleştirme ve analiz) gibi açık kaynak kodlu programlar kullanılarak ilgili tasarım ve analizler gerçekleştirilmiştir. Lisanslı programlara gerek duymadan geliştirilecek algoritma yardımıyla bu çalışmanın gerçekleştirilmiş olması, ileride çalışılacak damar modellerinin aynı yöntem ile analizine imkan sağlayacaktır. Çalışma kapsamında öncelikle mühendislik ve tıp perspektiflerinden önemli temel kavramlar hakkında bilgiler paylaşılmıştır. Bunun ardından kullanılan açık kaynaklı yazılımlar hakkında bilgiler sunulmuştur. Sonrasında yapılan literatür taramasıyla edinilen bilgilere dair notlara yer verilmiştir. Yöntem bölümünde sayısal analizler için yürütülen simülasyonların gerçekleştirme adımlarından ve önemli aşamalarından bahsedilmiştir. Bulgular bölümünde erişilen çıktıların sayısal analizleri sunulmuş, ardından tartışma ve sonuç kısımlarında bunlara dair değerlendirmeler yapılmıştır.

Abstract:
The objective of this study is to determine critical hemodynamic parameters through computer assisted modeling of blood flow and to examine the effects on cardiovascular diseases. In order to contribute to the effort against these diseases, conducted numerical analyses were compared to the blood flow results in literature. As carotis is the main artery to the face and to the brain, forming of an atherosclerosis may present a lethal risk. Therefore, this study focuses on various carotid geometries featuring different bifurcation angles and sinus locations. Simulations are run via the SIMPLE algorithm under the assumption of incompressible and steady flow of the human blood. The associated data were studied in respect to the CCA and ICA  regions of every geometry. Consequently streamlines, velocity contours, WSS and residual results are obtained to be compared against the existing literature results. During the study open-source software such as SALOME, Gmsh, OpenFOAM and ParaView were deployed for design and analyses purposes. The fact that this study is conducted without the need of licensed software would prove to be an alternate method for future studies in the field. Within the scope of the study firstly some important information was shared from mathematical and medicinal perspectives. After that, the informations on open-source software are given. Then, notes on literature survey are shared. Within the methodology section, important points and necessary steps to run the simulations take place. Outputs and numerical analyses are presented within the next section. Discussions and results sections which includes the general evaluations concludes the study.