واژگان کلیدی: تصلب شریان، اتساع عروق، میکروسنسور، آئورت، سی­تی­آنژیوگرافی.
 
فهرست مطالب
 
 
 عنوان                                                                                                          صفحه
فصل اول: مقدمه  …………………………………………………………………………………………. 1‌
1-1- مقدمه. 3
1-2- هدف… 4
1-3- مفاهیم اصلی.. 5
1-3-1- رگ­های خونی.. 5
1-3-2- قلب… 8
1-3-3- سیستم گردش خون.. 10
1-3-4- دوره قلبی.. 11
1-3-5- خون.. 13
1-3-6- جریان خون در آئورت… 16
1-3-7- سی­تی­آنژیوگرافی.. 16
1-3-8- کتتر. 18
1-3-9- سیستم­های میکروالکترومکانیکی.. 19
1-3-10-  انواع میکروسنسورهای اندازه ­گیری جریان.. 21
فصل دوم: بر تحقیقات گذشته …………………………………………………………..26
2-1- مطالعات انجام شده در رابطه با میکروسنسورهای اندازه ­گیری جریان.. 28
2-2- مطالعات انجام شده در رابطه با جریان خون در بدن.. 34
فصل سوم: معادلات حاکم بر مساله …………………………………………………………….. 39
3-1- جریان الکتریکی.. 41
3-2- سیال.. 42
3-3- جامد. 44
فصل چهارم: طراحی و بهینه­ سازی­ساختار میکروهیتر و تولید هندسه ………….. 45
4-1- طراحی و بهینه‌سازی ساختار میکروهیتر. 47
4-2- تولید هندسه­ی مربوط به میکروسنسور، جهت ورود به آئورت… 59
4-3- مراحل ساخت هندسه­ی واقعی آئورت انسان.. 62
4-4-  نحوه ورود کتتر به شریان آئورت… 67
فصل پنجم: حل جریان در هندسه­ی ساده …………………………………………………… 69
فصل ششم: تحلیل نتایج ……………………………………………………………………………. 77
6-1- شرایط مرزی.. 79
2-6- مشخصات سیال.. 92
6-3- مطالعات شبکه. 93
6-4- بررسی رژیم جریان در آئورت… 103
6-5- سخت‌افزار مورد استفاده 103
6-6- شرایط اولیه. 103
6-7- مقایسه­ نتایج با نتایج حاصل از نرم افزار فلوئنت… 104
6-8- محاسبه­ی اختلاف پتانسیل لازم برای اعمال در دو سر میکروهیتر. 106
6-9- تحلیل و مقایسه نتایج دردوحالت وجود و یا عدم وجود میکروسنسور درآئورت106
فصل هفتم: نتیجه ­گیری و پیشنهادات ………………………………………………………… 143
7-1- نتیجه ­گیری.. 145
7-2- پیشنهادات… 147
فهرست منابع …………………………………………………………………………………………… 149
فهرست جداول
 
 
  عنوان                                                                                                                      صفحه
جدول ‏4‑1: خواص فیلم نازک نیکلی.. 50
جدول ‏4‑2: خواصPDMS 50
جدول ‏4‑3: مقادیر پارامترهای متغیر در طی روند بهینه­سازی.. 53
جدول ‏4‑4 : خواص پاریلین­سی.. 61
جدول ‏5‑1 : بررسی استقلال نتایج حل عددی از شبکه. 72
جدول ‏6‑1: مقایسه حداکثر سرعت در زمان‌های مختلف برای پنج شبکه­ بکار رفته. 95
جدول ‏6‑2: مقایسه فشار خروجی شریان سلیاک در زمان ‌های مختلف برای پنج شبکه ی بکار رفته  95
فهرست شکل­ها
 
 
  عنوان                                                                                                                              صفحه
شکل ‏1‑1: نمایی از آئورت و شاخه­های مهم منشعب شده از آن.. 7
شکل ‏1‑2: نمایی از آئورت و شاخه‌های جدا شده از قوس آئورتی.. 7
شکل ‏1‑3: تصویری از قلب و حفره‌هایش…. 8
شکل ‏1‑4: نمایی از نحوه ورود و خروج خون در قلب… 10
شکل ‏1‑5: دستگاه گردش خون و توزیع خون (درصد نسبت به کل حجم خون بدن) در قسمت های مختلف آن  11
شکل ‏1‑6: تغییرات فشار دهلیزی، بطنی و آئورتی.. 13
شکل ‏1‑7: رابطه بین لزجت خون با نرخ برش بر اساس داده‌های آزمایشگاهی مختلف… 14
شکل ‏1‑8: مدل­های مختلف برای بیان خاصیت غیر نیوتنی خون.. 15
شکل ‏1‑9: نمایی ساده از نحوه عملکرد میکروسنسور کالریمتریک…. 22
شکل ‏1‑10: نمایی ساده از نحوه عملکرد میکرو سنسور زمان گریز. 22
شکل ‏1‑11: شیوه‌های مختلف انتقال حرارت از یک میکروسنسور فیلم نازک… 23
شکل ‏2‑1: میکروسنسور ساخته شده توسط پترسن.. 28
شکل ‏2‑2: سه نما از میکروسنسور ساخته شده توسط نگوین و دوزل.. 30
شکل ‏2‑3: نمایی از میکروسنسور ساخته شده توسط وو و همکاران.. 31
شکل ‏2‑4: نمایی از میکروسنسور ساخته شده توسط منگ و همکاران.. 31
شکل ‏2‑5: میکروسنسورهای نصب شده روی نوار پلیمری توسط لی و همکاران.. 32
شکل ‏2‑6: میکروسنسور ساخته شده توسط لیو و همکاران.. 32
شکل ‏2‑7: میکروسنسور ساخته شده توسط ارنس و فستا 33
شکل ‏2‑8: هندسه درخت شریان­های سیستمیک، استفاده شده در کار الافسن.. 36
شکل ‏4‑1: شش ساختار متفاوت برای طراحی میکروهیترها 48
شکل ‏4‑2: یک سیکل از میکروهیتر شبیه‌سازی شده 50
شکل ‏4‑3: توزیع دما در سنسور، مربوط به ردیف اول جدول 4-3.. 56
شکل ‏4‑4: توزیع دما در سطح میکروهیتر، مربوط به ردیف اول جدول 4-3.. 56
شکل ‏4‑5: توزیع دما در سنسور، مربوط به ردیف چهاردهم جدول 4-3.. 57
شکل ‏4‑6: توزیع دما در سطح میکروهیتر، مربوط به ردیف چهاردهم جدول 4-3.. 57
شکل ‏4‑7: ساختار بهینه­ نهایی برای میکروهیتر مورد مطالعه. 58

شکل ‏4‑8: توزیع دما در سنسور، مربوط به حالت بهینه­ نهایی.. 58
شکل ‏4‑9: توزیع دما در سطح میکروهیتر، مربوط به حالت بهینه­ نهایی.. 59
شکل ‏4‑10: شمایی از میکروسنسور طراحی شده در این تحقیق.. 62
شکل ‏4‑11: نمایی از تصاویر وارد شده به نرم‌افزار میمیکس…. 63
شکل ‏4‑12: نمایی از هندسه­ی سه بعدی تولید شده، بدون ویرایش…. 63
شکل ‏4‑13: نمایی از هندسه­ی سه بعدی شریان آئورت، پس از ویرایش…. 64
شکل ‏4‑14: نمایی از هندسه­ی هموار شریان آئورت در نرم­افزار میمیکس…. 65
شکل ‏4‑15: نمایی از پروفایل رسم شده در یک مقطع از آئورت با بهره گرفتن از مرزهای مناطق تفکیک شده 65
شکل ‏4‑16: بخشی از پروفایل­های استخراج شده از نرم‌افزار میمیکس…. 66
شکل ‏4‑17: هندسه­ی سه بعدی نهایی شریان آئورت… 66
شکل ‏4‑18: نمایی از شریان­های نیمه پایین بدن.. 67
شکل ‏5‑1: هندسه­ی مربوط به شریان کرونری.. 71
شکل ‏5‑2: نمایی از شبکه بندی مورد استفاده برای مدل شبیه‌سازی شده از شریان کرونری.. 73
شکل ‏5‑3: توزیع سرعت در مقطع ابتدایی ناحیه منحنی در زمانی که جریان ورودی بیشینه است. خط چین نتیجه حاصل از این تحقیق و خط تیره نتیجه حاصل از کار توری و همکاران را نشان میدهد. 74
شکل ‏5‑4: نمایی از حضور کتتر در مدل شبیه‌سازی شده از شریان کرونری.. 74
شکل ‏5‑5: توزیع سرعت در شریان کرونری زمانی که کتتر وارد آن شده است، در مقطع ابتدایی ناحیه منحنی و در زمانی که جریان ورودی بیشینه است. خط چین نتیجه حاصل از این تحقیق و خط تیره نتیجه حاصل از کار توری و همکاران را نشان میدهد. 75
شکل ‏5‑6: نمایش مکان نقاط a و b که افت فشار بین آن‌ ها محاسبه خواهد شد. 76
شکل ‏5‑7: نمودار افت فشار بین نقاط a و b بر حسب زمان.. 76
شکل ‏6‑1: تابع فشار ورودی نسبت به زمان در ورودی شریان آئورت… 81
شکل ‏6‑2: شریان آئورت و شاخه­های خروجی از آن.. 82
شکل ‏6‑3: تغییرات دبی حجمی نسبت به زمان در  شاخه­های خروجی از شریان آئورت. (الف) شریان براکیوسفالیک (ب) شریان کاروتید مشترک چپ (ج) شریان تحت ترقوه­ای چپ. (د) شریان لگنی راست و چپ… 83
شکل ‏6‑4: تغییرات دبی حجمی نسبت به زمان در  شاخه­های خروجی از شریان آئورت. (الف) شریان سلیاک. (ب) شریان روده‌ای پایین. (ج) شریان‌های کلیوی راست و چپ. (د) شریان روده‌ای بالا. 84
شکل ‏6‑5: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان براکیوسفالیک…. 85
شکل ‏6‑6: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان کاروتید مشترک چپ… 86
شکل ‏6‑7: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان تحت ترقوه­ای چپ… 87
شکل ‏6‑8: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان‌های لگنی راست و چپ… 88
شکل ‏6‑9: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان سلیاک… 89
شکل ‏6‑10: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان روده‌ای پایین.. 90
شکل ‏6‑11: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان‌های کلیوی راست و چپ… 91
شکل ‏6‑12: تابع دبی حجمی نسبت به زمان در خروجی شریان روده‌ای بالا. 92
شکل ‏6‑13: نمایی از شبکه بندی دامنه محاسباتی در مقطع ورودی جریان خون.. 94
شکل ‏6‑14: نمایی از پاره خط MN جهت مطالعه شبکه. 96
شکل ‏6‑15: بررسی تأثیر تغییر تعداد المان‌های شبکه بر روی توزیع سرعت در طول پاره‌خطی مشخص در دامنه محاسباتی سیال  96
شکل ‏6‑16: نمایی از شبکه بندی شریان آئورت در این تحقیق.. 97
شکل ‏6‑17: نمایی نزدیک از شبکه بندی شریان آئورت، (الف) ناحیه­ای با کیفیت شبکه­ بالا، (ب) ناحیه­ای با کیفیت شبکه­ پایین. 98
شکل ‏6‑18: نمایی از قرارگیری سنسور در سه موقعیت مختلف در آئورت. (الف) سنسور در شریان لگنی چپ، (ب) سنسور در میانه­ی آئورت و (ج) سنسور در قوس آئورتی. 100
شکل ‏6‑19: نمایی نزدیک از شبکه بندی دامنه­ محاسباتی در حالتی که، (الف) سنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ب) سنسور در میانه­ی آئورت قرار دارد، (ج) سنسور در قوس آئورتی قرار دارد و (د) نمایی از شبکه بندی میکروهیتر و زیرلایه. 102
شکل ‏6‑20: منحنی تغییرات (الف) سرعت ورودی در شریان آئورت نسبت به زمان، (ب) فشار در خروجی شریان لگنی نسبت به زمان. 105
شکل ‏6‑21: نمایش زمان­هایی که در آنها جریان تحلیل خواهد شد. 107
شکل ‏6‑22: نمودار تغییرات سرعت ورودی به شریان آئورت نسبت به زمان، ارائه شده توسط تای  108
شکل ‏6‑23: توزیع سرعت با نشان دادن خطوط جریان در شریان آئورت و در زمان 09/0 ثانیه، هنگامی که  (الف) میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 109
شکل ‏6-24: توزیع سرعت با نشان دادن خطوط جریان در شریان آئورت و در زمان 14/0 ثانیه، هنگامی که  (الف) میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 110
شکل ‏6-25: توزیع سرعت با نشان دادن خطوط جریان در شریان آئورت و در زمان 2/0 ثانیه، هنگامی که  (الف) میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 111
شکل ‏6-26: توزیع سرعت با نشان دادن خطوط جریان در شریان آئورت و در زمان 36/0 ثانیه، هنگامی که  (الف) میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ
قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در
قوس آئورتی قرار دارد. 112
شکل ‏6‑27: توزیع سرعت با نشان دادن خطوط جریان در شریان آئورت و در زمان 7/0 ثانیه، هنگامی که  (الف) میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 113
شکل ‏6‑28: مقاطع مشخص شده برای بررسی جریان ثانویه. 115
شکل ‏6‑29: (الف) خطوط جریان و (ب) بردارهای سرعت، مربوط جریان ثانویه­ی تشکیل شده در مقطع A در زمان 37/0 ثانیه و در حالت عدم حضور کتتر در آئورت… 116
شکل ‏6‑30: (الف) خطوط جریان و (ب) بردارهای سرعت، مربوط به جریان ثانویه­ی تشکیل شده در مقطع B در زمان 51/0 ثانیه و در حالت عدم حضور کتتر در آئورت. 118
شکل ‏6‑31: (الف) خطوط جریان و (ب) بردارهای سرعت، مربوط به جریان ثانویه­ی تشکیل شده در مقطع B در زمان 51/0 ثانیه و در حالتی که کتتر در قوس آئورتی قرار دارد. 119
شکل ‏6‑32: (الف) خطوط جریان و (ب) بردارهای سرعت، مربوط به جریان ثانویه­ی تشکیل شده در مقطع C در زمان 6/0 ثانیه و در حالت عدم حضور کتتر در آئورت. 121
شکل ‏6‑33: (الف) خطوط جریان و (ب) بردارهای سرعت، مربوط به جریان ثانویه­ی تشکیل شده در مقطع C در زمان 6/0 ثانیه و در حالتی که کتتر در قوس آئورتی قرار دارد. 122
شکل ‏6‑34: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 09/0 ثانیه، (الف) هنگامی که میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 124
شکل ‏6‑35: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 14/0 ثانیه، (الف) هنگامی که میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 125
شکل ‏6‑36: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 2/0 ثانیه، (الف) هنگامی
که میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 126
شکل ‏6‑37: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 36/0 ثانیه، (الف) هنگامی که میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 127
شکل ‏6‑38: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 7/0 ثانیه، (الف) هنگامی که میکروسنسور وارد آئورت نشده است، (ب) میکروسنسور در شریان لگنی چپ قرار دارد، (ج) میکروسنسور در میانه آئورت قرار گرفته است و (د) هنگامی که میکروسنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 128
شکل ‏6‑39: نحوه قرار گرفتن سنسور نزدیک دیواره جهت بررسی تنش برشی روی دیواره 129
شکل ‏6‑40: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 14/0 ثانیه، (الف و ج) هنگامی که سنسور وارد شریان لگنی چپ نشده است و (ب و د) سنسور نزدیک دیواره­ی شریان لگنی چپ قرار دارد. 130
شکل ‏6‑41: توزیع تنش برشی در دیواره­ های شریان آئورت و در زمان 25/0 ثانیه، (الف و ج) هنگامی که سنسور وارد شریان لگنی چپ نشده است و (ب و د) سنسور نزدیک دیواره­ی شریان لگنی چپ قرار دارد. 131
شکل ‏6‑42: افت فشار بین نقطه­ای در نوک کتتر و مقطع خروجی شریان لگنی چپ، هنگامی که کتتر در قوس آئورتی قرار دارد و مقایسه نتیجه با حالت عدم حضور کتتر. 133
شکل ‏6‑43: خط رسم شده در مقطعی که سنسور قرار دارد، برای بررسی پروفیل سرعت در طول آن  134
شکل ‏6‑44: توزیع سرعت در طول خط نشان داده شده درشکل 6-43 و در زمان 09/0 ثانیه  134
شکل ‏6‑45: توزیع سرعت در طول خط نشان داده شده درشکل 6-43 و در زمان 14/0 ثانیه  135
شکل ‏6‑46: توزیع سرعت در طول خط نشان داده شده درشکل 6-43 و در زمان 2/0 ثانیه. 135
شکل ‏6‑47: توزیع سرعت در طول خط نشان داده شده درشکل 6-43 و در زمان 7/0 ثانیه. 136
شکل ‏6‑48: تغییرات میانگین سرعت نسبت به زمان، هنگام قرار گرفتن کتتر در شریان لگنی و در مقطعی که میکروسنسور در آن قرار دارد. 137
شکل ‏6‑49: تغییرات میانگین سرعت نسبت به زمان، هنگام قرار گرفتن کتتر در میانه­ی آئورت و در مقطعی که میکروسنسور در آن قرار دارد. 137
شکل ‏6‑50: تغییرات میانگین سرعت نسبت به زمان، هنگام قرار گرفتن کتتر در قوس آئورتی و در مقطعی که میکروسنسور در آن قرار دارد. 138
شکل ‏6‑51: پاره خط رسم شده از نقطه­ای روی سطح داخلی زیرلایه تا دیواره­ی شریان، به منظور بررسی توزیع دما در طول آن  139
شکل ‏6‑52: توزیع دما در طول خط نشان داده شده در شکل 6-51، در زمان­های مختلف و در حالتی که سنسور در شریان لگنی قرار دارد. 139
شکل ‏6‑53: توزیع دما در طول خط نشان داده شده در شکل 6-51، در زمان­های مختلف و در حالتی که سنسور در میانه­ی آئورت قرار دارد. 140
شکل ‏6‑54: توزیع دما در طول خط نشان داده شده در شکل 6-51، در زمان­های مختلف و در حالتی که سنسور در قوس آئورتی قرار دارد. 140
شکل ‏6‑55: توزیع دما در طول خط نشان داده شده در شکل 6-51، در زمان­های مختلف و در حالتی که سنسور در شریان لگنی و در فاصله­ی بسیار نزدیک به دیواره قرار گرفته است. 141
شکل ‏6‑56: تغییرات بیشینه دما در سطح میکروهیتر، نسبت به زمان، در حالتی که سنسور در شریان لگنی قرار دارد. 142
شکل ‏6‑57: تغییرات توان مصرفی سنسور نسبت به زمان.. 142
فهرست نشانه‌های اختصاری
 
 
Gr                                                                                                           عدد گراشف
Re                                                                                                           عدد رینولدز
I                                                                                           جریان الکتریکی
R                                                                                        مقاومت الکتریکی
h                                                                          ضریب انتقال حرارت جابجایی
Aw                                                               مساحت تصویر شده­ی المان حرارتی
Tw                                                                                                                                            دمای المان حرارتی
Tf                                                                                                                                                             دمای سیال
Rref                                                                                     مقاومت الکتریکی المان حرارتی در دمای مرجع
Tref                                                                                                                                                         دمای مرجع
α                                                                         ضریب دمایی مقاومت الکتریکی
Vf                                                                                                                                                         سرعت سیال
J                                                                                  چگالی جریان الکتریکی
σ                                                                                         رسانش الکتریکی
E                                                                                          میدان الکتریکی
Je                                                                                                                       چگالی جریان الکتریکی خارجی
∇V                                                                            گرادیان پتانسیل الکتریکی
Qj                                                                                                                                         منبع جریان الکتریکی
∇t                                                                                                                                                      گرادیان مماسی
ds                                                                                                                                                ضخامت لایه رسانا
 
 
ρ                                                                                                     چگالی
u                                                                               بردار سرعت جریان خون
p                                                                                                       فشار
I                                                                                            ماتریس همانی
τ                                                                                               تانسور تنش
F                                                                                      بردار نیروی حجمی
μ                                                                                     ویسکوزیته دینامیک
C                                                                                               گرمای ویژه
T                                                                                               دمای مطلق
K                                                                                  ضریب رسانش گرمایی
Q                                                                                            منبع حرارتی
μ0                                                                                                                                                 لزجت برشی صفر