بررسی همودینامیک جریان خون در گرفتگی در آئورت شکمی با بهره مندی از شبکه عصبی

چکیده:

بیماری‌های قلبی و عروقی که گاهی با ایجاد پلاک و تنگی عروق ایجاد می­شود، از جمله چالش‌های مهم در زمینه سلامت به شمار می‌روند. درک دقیق مکانیک سیالات در این عروق برای برنامه‌ریزی به پاسخ درمانی، امری مفید و سودمند است؛ بنابراین، در بررسی جریان خون در عروق دارای تنگی، پی­بردن به رژیم جریان و درک تفاوت­های متغیرهای همودینامیکی جریان در رژیم آرام و آشفته می­تواند به فهم بهتر بیماری و در نتیجه بهینه­سازی پاسخ درمانی کمک کند. در این پژوهش از هندسه­ی بیمارمبنا برای بررسی تنگی در آئورت شکمی استفاده خواهد شد. این قسمت از آئورت، نقش مهمی در انتقال خون به اندام­های حیاتی بدن دارد و هرگونه اختلال در عملکرد و خون­رسانی در این رگ، منجر به پیامدهای جبران ناپذیر می­شود. لازم به ذکر است که گرفتگی در آئورت شکمی، اغلب به صورت ژنتیکی بوده و تا دهه­ی سوم زندگی افراد ­به صورت خاموش عمل کرده و بنابراین، درک همودینامیک آن می­تواند کمک شایانی به پاسخ درمانی به­ موقع ارائه دهد. در این پژوهش، با مطالعه­ی الگوی جریان در درصد گرفتگی­های مختلف، تغییر متغیرهای همودینامیکی در رژیم­های مختلف جریان بررسی خواهد شد. علاوه بر این، رابطه­ی متغیرهای همودینامیکی با درصد گرفتگی نیز مورد بررسی قرار می­گیرد که خود نیز در بهینه­ سازی و اقدام به ­موقع پاسخ درمانی نقش تعیین­کننده­ای دارد. در بخش دیگری از این پژوهش، روش شبکه عصبی آگاه از فیزیک نیز بررسی خواهد شد. روش‌های سنتی شبیه‌سازی عددی مانند دینامیک سیالات محاسباتی، اگرچه دقیق هستند، اما اغلب به دلیل نیاز به شبکه ‌بندی‌های پیچیده و حل معادله­ها برای تمامی المان­ها، بسیار پرهزینه و زمان‌بر محسوب می‌شوند. شبکه­عصبی آگاه از فیزیک با استفاده از یک تابع هزینه برای نقاط تصادفی داخل هندسه به حل معادله­های دیفرانسیل جزئی می­پردازد. مزیت این روش نسبت به روش­های دینامیک سیالات محاسباتی در این است که دیگر نیازی به شبکه ­بندی ندارد و بنابراین از سرعت بیشتری در پردازش برخوردار است. مزیت دیگر این روش حل، استفاده از آن در مسائل معکوس است. در حوزه سلامت، کاربرد این مسائل بیشتر است، چراکه با استفاده از روش­های اندازه­گیری پزشکی، اغلب داده­های پراکنده از میدان سرعت موجود می­باشد که با استفاده از آن در شبکه عصبی آگاه از فیزیک، می­توان به سایر متغیرهای همودینامیک از قبیل ویسکوزیته پی­برد. از چالش­های این روش، استفاده از آن برای جریان­های دارای آشفتگی است که نتایج قابل قبولی ارائه نمی­دهد. هدف این پژوهش این است که یک شبکه عصبی آگاه از فیزیک توسعه دهد که برای آئورت شکمی در حالت سالم و گرفتگی­های خفیف در مقایسه با شبیه­­سازی دینامیک سیالات محاسباتی دقت قابل قبولی داشته باشد؛ همچنین این پژوهش به بررسی امکان افزایش دقت شبکه عصبی آگاه از فیزیک در شبیه‌سازی جریان‌های آشفته، به‌ویژه در شرایط تنگی شدید که جریان آشفته است، می‌پردازد. همچنین به­عنوان بخش دیگری از این پروژه، پتانسیل این روش برای انطباق پذیری برای بیماران مختلف، در همان هندسه آئورت شکمی، بررسی خواهد شد.

کلمه­ های کلیدی

آئورت شکمی، شبکه عصبی آگاه از فیزیک، همودینامیک، گرفتگی عروق، تنش برشی دیواره، تنش برشی نوسانی، شاخص نوسانی تنش برشی.