บทคัดย่อ
โรคระบบหลอดเลือดและหัวใจจัดเป็นกลุ่มโรคไม่ติดต่อ (non-communicable diseases) ที่เป็นอันตรายและมีแนวโน้มที่เพิ่มสูงขึ้นในปัจจุบัน ซึ่งโรคกลุ่มนี้เป็นโรคที่เกี่ยวกับพฤติกรรมการดำเนินชีวิต มักจะค่อยๆ สะสมอาการ ค่อยๆ เกิด และมีความรุนแรงมากขึ้นหากไม่ได้รับการรักษาที่ถูกต้องและทันเวลา โรคหลอดเลือดแดงใหญ่บริเวณหน้าท้องโป่งพองเป็นโรคที่อันตรายและทำให้ผู้ป่วยเสียชีวิตได้อย่างกะทันหันหากมีการแตก โครงการวิจัยนี้จึงนำแบบจำลองคอมพิวเตอร์ด้านพลศาสตร์ของไหลที่ใช้ในงานด้านวิศวกรรมมาประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ โดยได้นำภาพถ่ายเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ของผู้ป่วยหลอดเลือดแดงใหญ่บริเวณหน้าท้องโป่งพองมาสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ เพื่อทำการคำนวณทางวิศวกรรมเกี่ยวกับพลศาสตร์ของไหล (computational fluid dynamic: CFD) โดยโครงการวิจัยได้มีภาพถ่ายเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ของผู้ป่วย จำนวน 12 ราย ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 3 เซนติเมตรขึ้นไป และมีการกำหนดคุณสมบัติของเลือดและเงื่อนไขการคำนวณที่ใช้ในแบบจำลอง ผลการศึกษาของงานวิจัยนี้พบว่า ส่วนที่โป่งพองของหลอดเลือดมีการไหลหมุนวนและปั่นป่วนมากเมื่อหัวใจเริ่มการคลายตัว (diastole) และเมื่อขนาดของการโป่งพองเพิ่มขึ้นจะมีการไหลที่ปั่นป่วนเพิ่มขึ้น ซึ่งจะพบการไหลดังกล่าวในขณะที่หัวใจบีบตัวสูงสุด (peak systole) ด้วย สำหรับค่าความเค้นเฉือนบริเวณผนังหลอดเลือดจะมีค่าสูง ณ เวลาที่หัวใจบีบตัวสูงสุดและในช่วงหัวใจคลายตัว ความเค้นเฉือนบริเวณผนังหลอดเลือดจะมีค่าสูงที่ส่วนโป่งพองของหลอดเลือดมากกว่าส่วนอื่นของหลอดเลือด นอกจากนี้เมื่อพิจารณาค่าดัชนีความเค้นเฉือนแบบแกว่ง (oscillating shear index: OSI) พบว่า บริเวณที่โป่งพองมีค่าสูงกว่าบริเวณอื่น ซึ่งอาจจะนำไปสู่จุดที่มีความเสี่ยงต่อการแตกของหลอดเลือด อย่างไรก็ตามผลการคำนวณไม่สามารถนำมาเปรียบเทียบกันในผู้ป่วยที่อยู่ในกลุ่มเดียวกันอย่างตรงไปตรงมาได้ เนื่องจากในแต่ละผู้ป่วยมีรูปร่างของการโป่งพองและการขดงอของหลอดเลือดที่แตกต่างกัน ดังนั้น การคำนวณลักษณะนี้จะเป็นแบบจำเพาะบุคคล (personalized model) นอกจากนี้โครงการวิจัยได้ขึ้นรูปโมเดลหลอดเลือดแดงใหญ่บริเวณหน้าท้องโป่งพองด้วยการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อนำไปสร้างเป็นชุดทดสอบการไหลสำหรับหลอดเลือดโป่งพอง อย่างไรก็ตามพบว่า วัสดุที่นำมาใช้สร้างโมเดลหลอดเลือดยังไม่สามารถขึ้นรูปให้มีความใสและยืดหยุ่น เพื่อให้สามารถมองเห็นการไหลในหลอดเลือดและจำลองการบีบตัวคลายตัวของหลอดเลือดได้ จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถหาวัสดุที่เหมาะสมต่อการสร้างโมเดลหลอดเลือด เพื่อการทดสอบการไหลจริง
บทคัดย่อ
Cardiovascular diseases are classified as non-communicable diseases (NCDs) that are dangerous and have an increasing trend nowadays. This disease is related to lifestyle behavior. It tends to accumulate symptoms gradually and become more severe if it is not treated properly and in time. Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a dangerous disease and can cause sudden death if ruptured. This research project has applied an engineering tool called a computational fluid dynamic (CFD) for medical applications. Computed tomography images of patients with abdominal aortic aneurysms were acquired to perform a reconstructed geometry of AAA. There were 12 cases of patients who have AAA with a diameter larger than 3 cm. The blood properties and boundary conditions were assigned in the model. The results of this study found that the aortic aneurysm was highly turbulent in the diastolic phase and there was an increase in turbulence as the aneurysm size increased. This turbulent flow was also found during peak systole as well. Wall shear stress (WSS) in the artery was high at peak systole and during diastole. Furthermore, WSS was higher in the aortic aneurysm sac than in the rest of the aorta. The oscillating shear index (OSI) was higher at the aortic aneurysm sac than other areas. This may lead to a risk of rupture point of blood vessels. However, the results could not be directly compared in the same group of patients because each patient had a different geometries and degree of tortuosity. Therefore, this kind of calculation is individual as a personalized model. In addition, this work has 3D printed models of the abdominal aorta to create a testing mock-up for the aneurysm. However, it was found that the material used in the AAA phantom was not clear and flexible. These problems relate to the flow visualization in the blood vessels and the wall contraction simulation of the blood vessels. More studies are needed to explore suitable materials to mock-up the AAA model for flow testing.
