• شماره ركورد
    34022
  • پديد آورنده

    نشاط شاهدبهروز

  • عنوان
    شبيه سازي عددي انتقال دارو در جريان خون با ديدگاه لاگرانژي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/07/26
  • استاد راهنما
    دكتر قره قاني
  • استاد مشاور
    دكتر قره قاني
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    با گسترش روزافزون فناوري‌هاي نوين در عرصه دارورساني و اهميت روزافزون روش‌هاي هدفمند در درمان بيماري‌هاي قلبي‌–عروقي و سرطان، مطالعه دقيق فرآيند انتقال دارو در جريان خون به‌عنوان يكي از مسائل كليدي مهندسي پزشكي و داروسازي مطرح است. توزيع ناهمگون دارو، نيمه‌عمر پايين در محل هدف و بروز عوارض جانبي ناشي از رسوب دارو در بافت‌هاي غيرهدف از مهم‌ترين چالش‌هاي موجود در اين حوزه به شمار مي‌روند. يكي از روش‌هاي توانمند در تحليل و پيش‌بيني رفتار دارو در محيط زيستي بدن، استفاده از شبيه‌سازي عددي مبتني بر ديناميك سيالات محاسباتي است كه امكان بررسي دقيق برهم‌كنش جريان خون با ذرات دارويي را در شرايط مختلف فراهم مي‌سازد. در اين پايان‌نامه با تمركز بر ديدگاه لاگرانژي، كه در آن مسير حركتي هر ذره دارويي به‌صورت مستقل از ميدان جريان رديابي مي‌شود، مدلي عددي براي شبيه‌سازي انتقال دارو در قوس آئورت توسعه داده شده است. براي اين منظور هندسه سه‌بعدي آئورت بر اساس داده‌هاي تصويربرداري پزشكي بازسازي و شبكه‌بندي گرديد و معادلات جريان خون غيرنيوتني با استفاده از مدل ويسكوزيته غيرنيوتني حل شدند. جريان خون به‌صورت پالسي با دوره تناوب 8/0 ثانيه (معادل 75 ضربان در دقيقه) تعريف شد تا شرايط واقعي‌تري از ديناميك گردش خون انساني بازآفريني گردد. پس از اعتبارسنجي شبيه‌سازي با داده‌هاي تصويربرداري پزشكي چهاربعدي و نتايج موجود در متون علمي كه انطباق خوبي بين مقادير سرعت‌هاي بيشينه و متوسط جريان در مقاطع مختلف آئورت (در بازه‌ 25/0 تا 4/0 متر بر ثانيه) نشان داد، مسير و توزيع ذرات دارويي در طول قوس آئورت از ديدگاه لاگرانژي بررسي شد. نتايج كمي حاصل از تحليل‌ها بيانگر آن است كه در زمان پاياني شبيه‌سازي (زمان 8/0 ثانيه)، حدود 5/28٪ از ذرات وارد شاخه براكيوسفاليك، 2/16٪ به كاروتيد چپ، 8/14٪ به سابكلاوين چپ و 5/40٪ به بخش نزولي آئورت منتقل شدند كه نشان‌دهنده تأثير بارز هندسه رگ‌ها و پديده جدايش جريان بر الگوي توزيع دارو است. مقايسه نتايج شبيه‌سازي با داده‌هاي كلينيكال منتشرشده نشان داد كه مدل توسعه‌يافته توانسته است توزيع ناهمگن و سريع دارو در شاخه‌هاي اصلي آئورت را با خطاي كمتر از 10 درصد بازتوليد كند كه اين ميزان تطابق، دقت بالاي رويكرد پيشنهادي را تأييد مي‌نمايد. در مجموع يافته‌هاي اين تحقيق اثبات مي‌كند كه رويكرد لاگرانژي در شبيه‌سازي انتقال دارو ابزار قدرتمندي براي تحليل دقيق مسير، توزيع مكاني و زمان اقامت ذرات دارويي در جريان خون است و مي‌تواند به‌عنوان يك چارچوب تحليلي و پيش‌بيني‌كننده براي طراحي و بهينه‌سازي سامانه‌هاي دارورساني هدفمند، كاهش دوز مصرفي، افزايش كارايي درمان، بهبود ايمني و در نهايت توسعه درمان‌هاي شخصي‌سازي‌شده مورد استفاده قرار گيرد، به‌ويژه در شرايطي كه آزمايش‌هاي تجربي پرهزينه، زمان‌بر يا از نظر اخلاقي محدودكننده هستند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/08/25
  • عنوان به انگليسي
    Numerical Simulation of Drug Transportation in Blood Flow using Lagrangian Perspective
  • تاريخ بهره برداري
    10/18/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    نشاط شاهدبهروز

  • چكيده به لاتين
    With the rapid advancement of modern drug delivery technologies an‎d the growing impo‎rtance of targeted methods in treating cardiovascular diseases an‎d cancer, the accurate investigation of drug transpo‎rt in the bloodstream has become a key challenge in biomedical engineering. Uneven distribution of drugs, sho‎rt half-life at the target site, an‎d adverse side effects due to drug deposition in non-target tissues are among the most critical issues in this field. A powerful approach to analyzing an‎d predicting drug behavio‎r in the human body is numerical simulation based on computational fluid dynamics (CFD), which enables detailed examination of the interactions between blood flow an‎d drug particles under various conditions. In this thesis, a numerical model was developed fo‎r simulating drug transpo‎rt in the ao‎rtic arch using the Lagrangian framewo‎rk, where the trajecto‎ry of each particle is independently tracked within the flow field. To this end, the three-dimensional geometry of the ao‎rta was reconstructed from medical imaging data an‎d discretized, an‎d the governing equations of non-Newtonian blood flow were solved using the Carreau–Yasuda viscosity model within the OpenFOAM software. Blood flow was modeled as pulsatile with a cycle period of 0.8 seconds (equivalent to 75 beats per minute) to replicate realistic hemodynamic conditions. Validation of the simulations against 4D MRI data an‎d existing literature confirmed good agreement, with peak an‎d mean velocities across different sections of the ao‎rta lying in the range of 0.25–0.40 m/s. Lagrangian particle analysis revealed that at the end of the simulation (t = 0.8 s), approximately 28.5% of the particles entered the brachiocephalic artery, 16.2% the left carotid artery, 14.8% the left subclavian artery, an‎d 40.5% continued into the descending ao‎rta, clearly demonstrating the influence of vascular geometry an‎d flow separation on drug distribution patterns. Comparison with clinical data further showed that the developed model could reproduce the heterogeneous an‎d rapid distribution of drugs within the majo‎r ao‎rtic branches with an erro‎r of less than 10%, confirming the high accuracy of the proposed approach. Overall, the findings of this research demonstrate that the Lagrangian framewo‎rk is a powerful tool fo‎r analyzing the trajecto‎ry, spatial distribution, an‎d residence time of drug particles in the bloodstream, an‎d can serve as a predictive an‎d analytical framewo‎rk fo‎r the design an‎d optimization of targeted drug delivery systems, reduction of dosage, enhancement of treatment efficiency, improvement of patient safety, an‎d ultimately the development of personalized medicine—especially in contexts where experimental studies are costly, time-consuming, o‎r ethically restrictive.
  • كليدواژه هاي فارسي
    شبيه‌سازي عددي , ديناميك سيالات محاسباتي , ديدگاه لاگرانژي , انتقال دارو , جريان خون , قوس‌ آئورت
  • كليدواژه هاي لاتين
    Numerical simulation , Computational fluid dynamics , Lagrangian framework , Drug transportation , Blood flow , Aortic arch
  • Author
    Neshat Shahed Behrouz
  • SuperVisor
    Dr. ghareghani