پنج شنبه ۴ام خرداد ۱۳۹۶ ۰۱:۰۴:۳۴ قبل از ظهر

کاربرد مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی در علوم پزشکی

کد خبر: 1505
تعداد بازدیدکننده: 865
تاریخ: ۱۱ اسفند ۱۳۹۰

یکی از موضوعاتی که در مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی مورد بحث فراوان قرار گرفته است تأثیر نحوه جرکت سیالات بر روی راندمان و کیفیت دستگاهها می باشد . در سال های اخیر مهندسین مکانیک با استفاده از همین ویژگی قدرت رشته تحصیلی خود را به دانشمندان صاحب نظر در علوم پزشکی نشان داده اند . همچنین با استناد به تحقیقات خود روش هایی را برای     بهینه تر شدن دستگاههای مورد استفاده در پزشکی و همچنین سودمند تر واقع شدن تصمیمات خود در بهبود حال بیماران به آنها پیشنهاد نموده اند .

به همین خاطر قصد دارم شما را به یکی از این تحقیقات آشنا سازم . امیدوارم مورد نظر شما واقع شود .

شبیه سازی عددی جریان تصفیه خون در کلیه مصنوعی

  معمولاً افرادی که دچار مشکل نارسائی کلیه می باشند ،عملیات تصفیه خون را توسط دستگاه مخصوصی که وظیفه کلی مصنوعی را بر عهده دارد انجام می دهند. این عمل موسوم به همودیالیز می باشد . کلا دیالیز یه معنی تصفیه کردن و همو نیز به معنی خون می باشد . درباره تاریخچه انجام دیالیز هوفارت می نویسد ، کولف در سال ١٩۴٣ کلیه مصنوعی را ساخت . اگر چه او اولین فردی نبود که خارج کردن مواد بر اساس انتشار از خون را مورد توجه قرار داد اما او اولین پزشکی که توانست افراد مبتلا به بیماری کلیوی را مورد درمان قرار دهد.  تقریباً سه سال قبل از وی، آبل و ورن جهت خارج کردن اسید سالیسیلیک از خون خرگوش از دیالیز استفاده نموده بودند . بدین ترتیب اعلامیه جنجال برانگیز دکتر کولف در سال ١٩۴٣ مبنی بر این که او توانسته یک دستگاه کلیه مصنوعی بسازد که کار این عضو از بدن را انجام دهد که به عنوان اولین نوآوری تکنولوژیک و متعاقب آن اعلامیه دکتر بلدینگ اسکریبنه در سال ١٩۶٠ مبنی بر این که وی توانسته شیوه ای را ابداع نماید که انجام دیالیزهای مکرر برای یک بیمار کلیوی را امکان پذیر سازد، به عنوان دومین نوآوری تکنولوژیک در تاریخ ثبت شده است . نوآوری سوم جنبه اجتماعی داشت ، در سال ١٩۴٣ کنگره آمریکا قانونی وضع کرد که به موجب آن کلیه بیماران نیازمند دیالیز از خدمات رایگان برخوردار شوند . سیال تحت تاثیر عوامل مختلف از جمله فشار، دما، ساختار مولکولی سیال می باشد. علاوه بر عوامل فوق، خون سیالی است که در داخل محیطی به نام پلاسما قرار دارد و خواص پلاسما نیز روی ویسکوزیته خون تاثیر دارد که پیچیدگی بیشتری در بررسی جریان خون ایجاد می کند .

دیالیز بر سه اصل استوار است : پدیده انتشار ، اسمز و اولترافیلتراسیون . در این تحقیق سعی شد به بررسی پدیده انتشار یعنی حرکت ذرات از یک ناحیه با غلظت زیاد به ناحیه ای با غلظت کمتر پرداخته شود . در بدن ، انتشار معمولاً از طریق یک غشاء نیمه تراوا  انجام می شود.  در دیالیز صفاقی و همودیالیز دفع املاح از بدن توسط پدیده انتشار انجام می گردد.  انتشار باعث حرکت اوره ، کراتینین و اسید اوریک از خون بیماران به داخل محلول دیالیز می شود . همین اصل در مورد حرکت یونهای پتاسیم نیز صادق است . در این بررسی انتقال جرم در محیط کلیه مصنوعی به عنوان نمونه ای از پدیده انتقال در محیط متخلخل اشباع شده مورد بررسی قرار گرفته است  .

اصول دیالیز

پدیده اسمز یعنی حرکت آب از یک غشاء نیمه تراوا از ناحیه با غلظت پایین به ناحیه ای با غلظت بالاتر، اسمز مسئول برداشت مایع اضافی و اوره از بدن بیمار می باشد . مواد زائد با وزن مولکولی کم به دنبال اوره در داخل خون تجمع پیدا می کند در حالی که در داخل محلول دیالیز این مواد وجود ندارد . به همین دلیل وقتی که خون بیمار در معرض مایع دیالیز قرار می گیرد بلافاصله حرکت ذرات از طرف خون به طرف مایع دیالیز شروع می شود.  پس از گذشت زمان ، ترکیبات دو طرف با یکدیگر برابر خواهد شد.  در هنگام دیالیز از متعادل شدن غلظت دو محلول باید جلوگیری کرد . برای دستیابی به این امر ، باید به طور مرتب بخش مربوط به مایع دیالیز سریعاً با مایع دیالیز تازه پر گردد و خون دیالیز شده با خون جدید مکرراً تعویض گردد  .

دستگاه همودیالیز

قسمت اصلی این دستگاه یک فیبر توخالی به شکل استوانه می باشد که در دو قسمت انتهایی محل هایی برای ورود و خروج خون وجود دارد که از طریق سوزن ها به بدن بیمار متصل می شود . روی استوانه نیز دو قسمت برای ورود و خروج مایع دیالیزی قرار دارد که از طریق کانکتورهایی به دستگاه دیالیز وصل می شود.  داخل استوانه لوله هایی از جنس لوله های موئین قرار دارد که به صورت یک رشته کنار هم قرار گرفته اند. این لوله ها قطر میکرونی دارندکه خون حتی اگر فشار هم نداشته باشد براحتی در آنها نفوذ می کنند و در طول استوانه پیش می رود .

بعد از شبیه سازی عددی نتایج گرفته شده به شرح زیر می باشد .

استفاده از روش عددی، تاثیر زیادی را در کاهش هزینه های تجربی و زمان مورد نیاز برای بهینه سازی دارا می باشد . در این مقاله، هدف مدلسازی و حل عددی معادلات انتقال جرم، جهت ارائه روشی برای بهینه سازی عمل همودیالیز می باشد .از معادلات ناویر استوکس و دارسی حاکم برخون و مایع تصفیه کننده، برای حل استفاده می شود .نتایج بدست آمده در توزیع غلظت ، نشاندهنده وجود بیشترین میزان تبادل اوره در ورودی می باشد . همچنین با بررسی محل تشکیل جریان چرخشی می توان با تغییر پارامترهایی مانند طول موثر تبادل جرم، از وقوع آن جلوگیری کرد .بررسی بردارهای سرعت نیز نشاندهنده افزایش آن با دور شدن از سطح دیواره غشا است .تمرکز خطوط جریان در نزدیکی دیواره غشا موید سایر نتایج میباشد .با کاربرد ا ین نتایج می توان براحتی فرآیند دیالیز را از جهت زمان و هزینه مصرفی بهینه ساخت .

امیدوارم این مطالب برای شما عزیزان سودمند و مورد توجه واقع شود .

از تمام پزشکان و دانشجویان پزشکی بافقی دعوت می کنم اگر در زمینه پزشکی ( مشکلات جریان خون در رگ ها ) ایده ای دارند ( جهت مقاله شدن ) ، برای تحقیق و رفع مشکل با توسل بر علم مکانیک سیالات ما را در جریان بگذارند .

احسان فتوحی بافقی

Ehsansytif@gmail.com

۵ نظر

  1. زینب می‌گه:

    سلام مطلبتان خیلی جالب بود ممنون

  2. یلدا می‌گه:

    سلام احسان جان
    خیلی مطالبی که میگذاری جالب و علمیه ممنون منتظر مطالب بعدیت هستیم

    دانشجویان پزشکی

  3. دانشجو می‌گه:

    مرسی احسان جان عالی بود.

  4. سوما می‌گه:

    سلام من دانشجوی مکانیک هستم,می خوام پروژه ی کارشناسیمو کاربرد مکانیک سیالات در پزشکی کار کنم,لطفا راهنمایم کنید می خوام موضوع به روزی کار کنم.ممنون.

  5. رضا می‌گه:

    سلام ممنون از این مطلب بسیار جالبتون