25824

بررسي عددي دارورساني مغناطيسي ميكرو- نانو ذرات مغناطيسي در سرخرگ كاروتيد با ديدگاه اويلر-لاگرانژ

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1398-1400

1400/10/07

دكتر برهان بيگ زاده

دكتر مجيد سياوشي

مهندسي مكانيك

امروزه بيماري¬هاي قلبي عروقي و سرطان عامل اول و دوم در مرگ و مير انسان¬هاست، از اين سو بهينه سازي روش¬هاي تشخيص و درمان اين بيماري¬ها ضرورتي دو چندان دارد. روش¬ها متداول در درمان اين بيماري¬ها عموماً جراحي و شيمي¬ درماني هستند كه تهاجمي بوده و در برخي از موارد نيز فاقد كارايي لازم هستند. لذا، پژوهشگران، ضمن بيان مفهوم دارورساني هدفمند مغناطيسي، جهت تحقق اين مفهوم نيز روش¬هاي متنوع اي از جمله استفاده از يك عامل ايجاد كننده ميدان مغناطيسي جهت كنترل و هدايت ذرات دارويي-مغناطيسي در سيستم گردش خون و در نهايت تمركز در ناحيه بافت عارضه هدف، پيشنهاد داده¬اند، كه اين مفهوم دارورساني مغناطيسي در سيستم قلبي عروقي را بيان مي¬كند. در اين پايان نامه، جهت مدلسازي مسئله از يك هندسه حقيقي محل دو شاخه شدن سرخرگ كاروتيد استفاده شده است و با اعمال شرايط مرزي متناسب با آناتومي و فيزيولوژي بدن انسان، جريان آرام، ضرباني و غير نيوتني در سرخرگ كاروتيد شبيه سازي شده است. سپس، با اعمال ميدان مغناطيسي، كه توسط چينش¬هاي متفاوتي از آهنرباهاي دائمي در هندسه سرخرگ القاء مي¬شود به بررسي دارورساني مغناطيسي بر روي نانو-ميكرو ذرات مغناطيسي با استفاده از ديدگاه اويلر-لاگرانژ پرداخته شده است. با بررسي نتايج حاصل از حل مسئله، در ابتدا مفاهيمي در مورد ميدان سرعت و فشار در سرخرگ كاروتيد مورد بررسي قرار گرفته كه با استفاده از آن¬ها برخي پارامترها مانند تنش برشي و شاخص نوساني برش در سطح سرخرگ نيز تعريف شدند. با بررسي نتايج حاصل از رهايش ذرات در ورودي هندسه در دو حالت عدم اعمال ميدان مغناطيسي و با حضور ميدان مغناطيسي مشخص گرديد كه با اعمال چينش¬هاي متفاوت ميزان ورودي ذرات به هر كدام از شاخه¬هاي خروجي تغيير خواهد كرد، لذا با تعريف يكي از اين شاخه¬ها به عنوان شاخه هدف و شاخه ديگر به عنوان ورودي نامطلوب، نشان داده شده كه با استفاده از دارورساني مغناطيسي مي¬توان تعداد ذرات ورودي به خروجي مطلوب را افزايش داد و در عين حال تعداد ذرات خروجي از شاخه نا مطلوب را نيز كاهش داد. همچنين جهت ايجاد ارتباطي مؤثر ميان مفاهيم مربوط به ميدان سرعت و انتخاب محل¬هاي مناسب جهت اعمال ميدان مغناطيسي، مشخص گرديد كه محل¬هايي با مقدار شاخص نوساني برش كم¬تر، نسبت به محل¬هايي كه داراي مقادير بزرگي در شاخص نوساني برش هستند، جهت اعمال ميدان مغناطيسي خارجي مؤثرتر خواهند بود.

1400/10/12

Numerical simulation of magnetic drug delivery of nano-micro magnetic particles in the carotid bifurcation with Eulerian-Lagrangian approach

12/28/2022 12:00:00 AM

Cardiovascular disease and cancer are the first and the second cause of death worldwide, respectively. So, their diagnosis and treatment methods need to be improved continuously. Nowadays, conventional methods for curing these illnesses are systemic administration, radiotherapy, chemotherapy, and surgery; these treatments are invasive, have a toxicity nature, risk of mortality during surgery, and have significant side effects. So, researchers in this field have defined a method to concentrate the drug at the target tissue site. To achieve this, they have proposed different ways, in which one of the most promising ones is to bond the drug agent to a magnetic core and then steer it to the lesion tissue by use of an external magnetic field in the circulatory system; this method is called magnetic drug delivery. In this work, magnetic drug delivery is studied in the carotid bifurcation by using a 3D carotid artery geometry as the model. The velocity and pressure fields are achieved by applying anatomical and physiological boundary conditions like pulsatile blood velocity at the inlet and the Windkessel boundary condition at the outlet pressures to the non-Newtonian blood flow. Then by applying an appropriate magnetic field in the artery domain, by the use of cylindrical permanent magnets, magnetic drug delivery is studied in the Eulerian-Lagrangian frame of reference. By the use of velocity fields results, some other parameters at the wall of the artery, like wall shear stress and oscillatory shear index (OSI), are defined to define a relation between these parameters and magnetic drug delivery. Drug delivery is investigated with and without an external magnetic field by releasing particles of different sizes at the inlet of common carotid artery. As a result, it is shown that different magnets arrangements could change the total number of the particles at each of the internal carotid artery outlets or the external carotid artery outlet. So, by the use of magnetic drug delivery, it has been relived that the total number of particles at the desired outlet could be increased. In contrast, the total number of particles at the unwanted outlet could be decreased simultaneously. It became clear that implanting magnets at places with unidirectional flows is more effective than putting the magnets at places with flow recirculation, so the most effective areas to use a magnet are those which have smaller OSI values.

دارورساني مغناطيسي , ديدگاه اويلر-لاگرانژ , سرخرگ كاروتيد , ميكرو-نانوذارت مغناطيسي

magnetic drug delivery , carotid bifurcation , superparamagnetic iron oxide nanoparticles , non-Newtonian fluid , euler lagrange two phase flow , finite element method