شبیه سازی خنک کاری مغز در یک مدل سه بعدی سر انسان با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی

مطالعات آسیب شناسی مغزی بصورت تجربی نشان می دهد که سرد کردن ملایم مغز پس از یک ایسکمی مغزی می تواند میزان صدمات وارده بر مغز را کاهش دهد. سادگی و راندمان بالای سرما درمانی مغز باعث شده است تا پزشکان از آن به عنوان یک راه حل کلینیکی جهت درمان نوزادانی که از عارضه خفگی (نرسیدن اکسیژن) در زمان تولد رنج می برند، استفاده کنند. همچنین سرد کردن فوری مغز درست در دقایق اولیه پس از حمله ایسکمی، امری مهم و ضروری در جهت کاهش پیامدها و صدمات وارده بر مغز و نجات بیمار است. این عمل موجب افت متابولیسم مغز شده و در نتیجه، نیاز آن را به دریافت اکسیژن و دفع دی اکسید کربن و بالطبع خونرسانی کاهش می دهد. مطالعه عکس العمل خنک شدن سر در مقابل مکانیزم های مختلف خنک کاری می تواند ابزاری در جهت طراحی و ساخت تجهیزات قابل حمل جهت خنک کاریهای اورژانس در وسایل نقلیه پزشکی باشد همچنین در طراحی سیستم های تهویه مطبوع و ایجاد محیط های ارگونومیک جهت راحتی افراد نیز می تواند مورد توجه قرار گیرد. در این پروژه برای اولین بار مدلی سه بعدی ارایه شده است که فارغ از اعمال ضرایب انتقال حرارت جابجایی مرزی در سطح مشترک با سیال پیرامون به بررسی انتقال حرارت سر انسان بپردازد . یک مدل سه بعدی از سر و مغز انسان با بافت های همگن مد نظر قرار گرفته است؛ این مدل از داده های پاتولوژیکی سه بعدی توموگرافیک ام.آر.آی یک انسان بالغ استخراج و هندسه مدل بر اساس مقادیر پاتولوژیکی سر فراهم شده و بنا بر این شبیه سازی بر روی یک مدل واقعی انجام پذیرفته است. مدل سه بعدی در نرم افزار کتیا ایجاد و شبکه بندی آن در نرم افزار گمبیت صورت گرفت و پس از انتقال آن در نرم افزار تحلیل عددی فلوینت ، معادله انتقال حرارت زیستی پنس به همراه معادلات پیوستگی، مومنتوم و انتقال حرارت جابجایی سیال به روش حجم محدود حل شد، بدین ترتیب توزیع دمای هوای محیط اطراف بدن و همچنین جریان جابجایی آزاد در اطراف سر شبیه سازی شده است. به منظور بررسی خنک کاری سر، مدل از مقابل صورت در معرض جریان باد سرد قرار داده شد. مشاهده می شود که با در نظر گرفتن تنها یک عامل خنک کاری خارجی، که در اینجا وزش باد سرد در نظر گرفته شده بود، عمق لایه های خنک شده خیلی زیاد نخواهد شد و مهمترین عامل که باعث گرم ماندن مغز است ورود خون با دمای مرکزی بدن به این بافت است. از دستاوردهای این پروژه می توان به دست یافتن به الگوریتم مناسبی جهت استفاده از تصاویر سه بعدی ام.آر.آی در مدل سازی و شبیه سازی های دو و سه بعدی بافت های مختلف بدن اشاره نمود.