Koroner damarların farklı daralma geometrilerine bağlı olarak hemodinamik açıdan deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of coronary arteries depending on different stenosis geometry in terms of hemodynamics
Yazar: FATİN SÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. ŞENDOĞAN KARAGÖZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada insan vücudundaki kardiyovasküler sisteme benzer bir deney sistemi kurularak farklı boru çapları, nabız değerleri ve stenoz oranlarına sahip arterin, basınç düşümüne, peristaltik pompa giriş ve çıkış basıncına ve en önemlisi de peristaltik pompanın harcadığı güç miktarına etkisi araştırılmıştır.
Yöntem: Bu amaç doğrultusunda %0, %60, %70 ve %80 simetrik stenoz oranlarında modeller ve klinik ortamdan alınıp birebir üretilen %0 ve %70 stenoz şiddetine sahip gerçek modellerden oluşmuştur. Üretilen bu modellerle birlikte deneyler 8 ve 10 mm çaplarda yapılmıştır. Deney sisteminde akışkan olarak kullanılan saf su, 54, 84, 114, 132 ve 168 bpm için her bir nabız değerinde kullanılmıştır. Ayrıca test bölgesi ANSYS-Fluent yazılımı yardımıyla deneysel sınır şartları kullanılarak analiz edilmiş ve görselleştirilmiştir.
Bulgular: Test bölgesindeki her iki çap için; artan nabız değeri ve artan stenoz şiddeti ile basınç düşümü, pompa çıkış basıncı ve pompanın harcadığı güç değerlerinin arttığı, pompa giriş basıncının ise azaldığı gözlemlenmiştir. Bunun yanında aynı nabız değeri ve stenoz şiddeti için azalan boru çapı ile birlikte basınç düşümü, pompa çıkış basıncı, pompa giriş basıncı ve pompanın harcadığı güç değerlerinin arttığı görülmüştür. 	Basınç düşümü, pompadaki basınç farkı ve pompanın harcadığı güç değerlerine bakıldığında %70'e kadar daralma oranına sahip arterde çapın etkisi zayıf nabızın etkisi fazla iken, %70'den büyük daralma oranına sahip arterde ise hem çapın hem de nabızın güçlü etkisi olduğu görülmüştür.
Sonuç: Elde edilen bulgulara göre damarlarda stenoz şiddeti arttıkça daralma bölgesinde basınç düşümünün arttığı ve artan eforla birlikte bu miktarın daha da yükseldiğini göstermiştir. Özellikle %70'ten büyük stenoz şiddetlerinde nabız değerinin artışıyla birlikte arterdeki basınç düşümü çok ciddi değerlere ulaşmıştır. 8 mm iç çaptaki gerçek daralmamış modelde 54-168 bpm arasında yaklaşık %44'lik artış, daralmış modelde ise %58'lik artış gözlenmiştir. 10 mm iç çaptaki gerçek daralmamış modelde 54-168 bpm arasında yaklaşık %40'lik artış, daralmış modelde ise %51'lik artış gözlenmiştir. Pompa, artan nabız değeri ve stenoz şiddetine bağlı olarak artan basınç farkını yenmek için daha çok iş yaptığı görülmüştür. Pompanın harcadığı güç değeri 8 mm iç çapta 54 bpm için yaklaşık %12 iken 168 bpm için %18,3, 10 mm iç çapta 54 bpm için yaklaşık %9,2 iken 168 bpm için %13,8'e çıkmaktadır. Deneysel ve sayısal verilerdeki bu sonuç, benzer şekilde yüksek stenoz şiddetli insan arterlerinde de yüksek nabız gerektiren aktivilerden uzak durulması gerekliliğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Purpose: In this study, the effect of artery which has different pipe diameters by setting up a similar system to a cardiovascular system in a human body, pulse values and stenosis rates on pressure drop, inlet and outlet pressure of peristaltic pump and most importantly, the amount of power consumed by the peristaltic pump was investigated.
Method: In accordance with this purpose, models which were rates with 0%, 60%, 70% and 80% symmetrical stenosis and real models which were taken from the clinical environment and produced one by one having 0% and 70% stenosis rates were formed. Experiments were conducted with 8 and 10 mm diameters associated with the models which were formed. In the experiment system, pure water as a fluid was used in each pulse value for 54, 84, 114 and 168 bpm. Besides, test region was analyzed and visualized by confirming experimental boundary conditions with the help of ANSYS-Fluent software.
Findings: For both diameters in the test region; It was observed that the pressure drop, pump outlet pressure and power consumed by the pump increased, while the pump inlet pressure decreased with increasing pulse value and increasing stenosis rate. In addition, it has been observed that the pressure drop, pump outlet pressure, pump inlet pressure and power consumed by the pump increase with decreasing pipe diameter for the same pulse value and stenosis rate. When pressure drop, pressure difference in the pump and the power consumed by the pump were seen, it was observed that the diameter effect was weak and the pulse effect was strong on the artery which had maximum 70% stenosis rate and that both diameter and pulse had strong effect on the artery which had stenosis rate more than 70%.
Results: In the light of the findings, the more stenosis rate was in the artery, the more pressure drop was in the stenosis region and, this amount was increased with the ascending effort. Especially in the stenosis rates more than 70%, pressure drop in the artery got to remarkable amount with ascending pulse values. It was observed that in the real model which was 8 mm inner diameter non-stenosis was approximately 44% increase between 54 and 168 bpm and that in the stenosed model was 58% increase. It was observed that in the real model which was 10 mm inner diameter non-stenosis was approximately 40% increase between 54 and 168 bpm and that in the stenosed model was 51% increase. Pump was seen to work more to catch up with the ascending pressure difference depending on ascending pulse value and stenosis rate. While the power consumed by the pump for 54 bpm in 8 mm inner diameter was approximately 12%, it was 18,3% for 168 bpm. While the power consumed by the pump for 54 bpm in 10 mm inner diameter was approximately 9,2%, it was 13,8% for 168 bpm. This result in experimental and numerical data put forward that in the high stenosis rate human arteries should be stayed away from the activities requiring high pulse.