شبیه سازی سیستم پمپاژ خون با استفاده از جریان دیناموهیدرومغناطیسی (ام اچ دی)

نارسایی قلبی یکی از مهمترین علل مرگ و میر انسان ها در جهان می باشد. در برخی موارد که نارسایی قلبی به حالت نهایی خود رسیده باشد، استفاده از دستگاه های حمایت مکانیکی گردش خون، نظیر قلب مصنوعی ضرورت پیدا می کند. یکی از جدید ترین قلب های مصنوعی کامل که در بدن چند بیمار با نارسایی کامل قلبی، نصب شده است، قلب ابیوکور بوده است. اما متأسفانه بعضی از دریافت کنندگان این قلب (از جمله اولین بیمار) دچار مشکلات سیستم ریوی شده اند. این مشکلات می تواند مربوط به بعضی از عوامل نظیر عفونت ها باشد. اما به نظر می رسد این مشکلات ناشی از این حقیقت باشد که بطن های ابیوکور بر خلاف قلب طبیعی، به طور همزمان منقبض نمی شوند و فشار بالای حاصله در سیستم ریوی توسط شش ها قابل تحمل نیست. بنابراین در این مطالعه، سیستم گردش خون در بدن انسان برای دو مدل قلب طبیعی و قلب مصنوعی ابیوکور شبیه سازی شده است تا فشار قبل از ناحیه ی شش های این دو مدل را مقایسه نماید. نتایج پژوهش حاضر پس از فصول اول (مقدمه)، دوم (مروری بر کار های گذشته) و سوم (معادلات حاکم و روش حل عددی)، در فصل چهارم (دو بخش جدا از هم) ارائه می شود. بخش اول به تحلیل دو بعدی جریان سیال در سیستم گردش خون در یک کانال بسته با مقطع دایروی متقارن می پردازد. حال آنکه بخش دوم به تحلیل دو بعدی جریان سیال در سیستم گردش خون درون یک کانال بسته با مقطع مستطیلی می پردازد. در هر دو بخش، روش های مذکور برای دو مدل قلب طبیعی و قلب مصنوعی ابیوکور اجرا شده است. جریان در بخش اول به روش حجم محدود با استفاده از الگوریتم سیمپل شبیه سازی شده است. این در حالی است که در بخش دوم، جریان به روش حجم محدود با استفاده از روش جایگزینی موقت شبیه سازی شده است. اعمال نیرو در این بخش به کمک روابط جریان دیناموهیدرومغناطیسی (ام اچ دی) صورت گرفته است. نتایج بخش اول نشان داد که با توجه به جایگزینی دبی نوسانی جریان خون در قلب طبیعی با یک دبی پیوسته در مدل، جریان خون در طول کانال مدل شده، کاملاً توسعه یافته است. همین امر باعث شد تا در بخش دوم با استفاده از روش جایگزینی موقت، حل سه بعدی معادلات به یک حل دو بعدی (با معادله ی پواسون) برای مقطع عرضی کانال تبدیل شود. هزینه ی حل روش دوم نسبت به روش بخش اول به شدت پایین تر است به طوری که سرعت حل مسئله از 48 ساعت متوالی در روش اول به چند ثانیه در روش دوم کاهش یافت. در رابطه با اختلاف مدل قلب طبیعی و مدل قلب مصنوعی ابیوکور مشاهده شد که در سیستم گردش خون مورد نظر، با وجود اختلاف فاز π در بطن ها، فشار خون در ناحیه ی ورود به شش ها تا حد mmhg 141 بالا می رود. حال آن که فشار خون ناحیه-ی مورد نظر در قلب طبیعی حداکثر mmhg 16 است. یعنی در قلب مصنوعی ابیوکور فشار خون در ناحیه ی ورود به شش ها، حدود 9 برابر نظیرش در قلب طبیعی است. این فشار بالا احتمالاً می تواند منشأ پارگی مویرگ ها در شش ها و سپس عفونت آن ها باشد. چنانچه در قلب مصنوعی ابیوکور، اثر عملکرد دریچه های ورود و خروج بطن ها به طور فعال و منطبق بر قلب طبیعی ابقاء شود، فشار خون در این ناحیه از 9 برابر به 5 برابر فشار معمول کاهش می یابد اما باز هم در این ناحیه فشار بیش از حد معمول بوده و برای بدن بیمار مضر می باشد.