«Υπερηχογραφία αγγείων: Αρχές αιμοδυναμικής στο αγγειακό σύστημα» Μεταπτυχιακό πρόγραμμα Αγγειοχειρουργική - Ενδαγγειακές τεχνικές Endovascular Techniques Αγγειοχειρουργική Κλινική Ιατρικής Σχολής ΕΚΠΑ Καθηγητής Χ.Δ. Λιάπης «Υπερηχογραφία αγγείων: Αρχές αιμοδυναμικής στο αγγειακό σύστημα» Μέτρηση του παλμού της ταχύτητας με υπερήχους και διάδοση του παλμού στο αγγειακό σύστημα Σωκράτης Τσαγγάρης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών 15η Φεβρουαρίου 2014

Περιεχόμενα ομιλίας Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής) στα αιμοφόρα αγγεία Η έννοια της ταχύτητας κύματος – Ανάκλαση κύματος Εμπέδηση εισόδου – Χαρακτηριστική εμπέδηση Διαχωρισμός κύματος σε προς τα μπροστά και πίσω οδεύοντα κύματα Μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος μηδενικής τάξης Μονοδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος Διδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος Τριδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος

Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής) στα αιμοφόρα αγγεία

Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής αίματος) στα αιμοφόρα αγγεία Υπέρηχος

Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής αίματος) στα αιμοφόρα αγγεία Υπέρηχος Doppler

Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής αίματος) στα αιμοφόρα αγγεία Αρχή παλλόμενου υπερήχου Doppler (pulsed ultrasound Doppler) Συσκευή 256/2=128 καναλιών Από μέτρηση t και δfD προκύπτει η θέση x και η ταχύτητα u

Αρχές μέτρησης πίεσης και ταχύτητας (παροχής αίματος) στα αιμοφόρα αγγεία Μέτρηση κατανομών ταχύτητας στην κοιλιακή αορτή υγιούς ατόμου και παροχής με τη μέθοδο παλλόμενου υπερήχου Doppler

Η έννοια της ταχύτητας κύματος – Ανάκλαση κύματος

Κυματική ροή στο αρτηριακό κυκλοφορικό σύστημα Δίκτυο αγγείων με πολύπλοκη γεωμετρία Παραμορφωτά τοιχώματα αγγείων με πολύπλοκες ελαστικές ιδιότητες Ρέον αίμα με σύνθετες ιδιότητες Ροές με μεγάλη διακύμανση των ταχυτήτων Καρδιακός παλμός +ελαστικότητα του αγγείου δημιουργούν κυματική μορφή στη ροή του αίματος. Το κύμα έχει ταχύτητα (φασική), ανακλάται και αποσβένεται

Σύγχρονη καταγραφή ταχυτήτων και πιέσεων στο κυκλοφορικό σύστημα ανθρώπου (κυματική συμπεριφορά της ροής)

Εκτίμηση τάσεων και παραμόρφωσης σε ελαστικό αγγείο Laplace law

Ενδοτικότητα αγγείου C (ανά μονάδα μήκους), Αντίσταση R (λόγω ιξώδους), Αδράνεια L Ενδοτικότητα: Αντίσταση: Νόμος Poiseuille: Αδράνεια: Οι μεγάλης διαμέτρου αρτηρίες έχουν μεγάλη ενδοτικότητα, σχετικά μικρή αδράνεια και μικρή αντίσταση. Οι μικρής διαμέτρου αρτηρίες και αρτηρίδια έχουν μικρή ενδοτικότητα, μεγαλύτερη αδράνεια και μεγάλη αντίσταση.

Διάδοση και ταχύτητα διάδοσης κύματος στις αρτηρίες Bramwell-Hill(1922) Moens-Korteweg (1878) c ταχύτητα διάδοσης κύματος k μέτρο διόγκωσης (ελαστικότητας όγκου) ρ πυκνότητα αίματος V όγκος E μέτρο ελαστικότητας h πάχος τοιχώματος αγγείου D διάμετρος αγγείου C ενδοτικότητα

Κυματομορφές πίεσης σε διάφορες θέσεις του αρτηριακού δένδρου Υπολογισμός φασικής ταχύτητας διαδόσεως κύματος foot-to-foot

Ανάλυση παλμού σε σειρά Fourier T=1/f: περίοδος f: συχνότητα φ: φάση

Κυματομορφές πίεσης σε διάφορες θέσεις του αρτηριακού δένδρου Φαινομενική φασική ταχύτητα κύματος

Η φαινομενική ταχύτητα ως συνάρτηση της συχνότητας

Κυματική ταχύτητα ως συνάρτηση της πίεσης και της ηλικίας

Ανάκλαση κύματος Ανάκλαση κυμάτων: Διακλαδώσεις Λέπτυνση Στενώσεις Ανευρύσματα Μεταβολή μηχανικών ιδιοτήτων τοιχώματος

Σχηματική παράσταση των ανακλάσεων

Σύγχρονες μετρήσεις παλμού πίεσης στην αορτή ανθρώπου

Αυξητικός δείκτης πίεσης ΑΙ ΑΡ: αύξηση πίεσης ΡΡ: παλμός πίεσης

Χρόνος άφιξης του ανακλώμενου κύματος (υπολογισμός)

Οπίσθιες ροές- Επίδραση αγγειοδιαστολής

Ανάκλαση κυμάτων: Αύξηση με περιφερικό αποκλεισμό

Εμπέδηση εισόδου – Χαρακτηριστική εμπέδηση

Ανάλυση παλμού σε σειρά Fourier

Ανάλυση Fourier σε παλμούς πίεσης και παροχής και ορισμός εμπέδησης

Εμπέδηση εισόδου: Ζin - Χαρακτηριστική εμπέδηση Zc p πλάτος παλμού πίεσης Q πλάτος παλμού παροχής

Ανακλάσεις κατά τη δοκιμασία Valsalva

Εμπέδηση εισόδου κατά την δοκιμασία Valsalva

Επιπτώσεις της υπέρτασης στον παλμό της πίεσης Αύξηση της περιφερειακής αντίστασης οδηγεί σε αύξηση της μέσης πίεσης (1) Μείωση της ενδοτικότητας που οδηγεί σε αργή μείωση της εμπέδησης με τη συχνότητα (2) και αύξηση της χαρακτηριστικής αντίστασης (4) Ο παλμός της πίεσης αυξάνει (2) Η εμπέδηση πάλλεται περισσότερο γύρω από την χαρακτηριστική εμπέδηση Ο αυξητικός δείκτης αυξάνεται (3) Φασική ταχύτητα κύματος αυξάνει

Διαχωρισμός κύματος σε προς τα μπροστά και πίσω οδεύοντα κύματα

Ανάλυση κύματος σε κύματα διαδιδόμενα προς τα μπροστά και προς τα πίσω

Αρχή του διαχωρισμού κύματος σε κύματα κατευθυνόμενα προς τα μπροστά και προς τα πίσω

Μέθοδος διαχωρισμού κυμάτων Ένταση ανάκλασης (RM)-Δείκτης ανάκλασης (RI)

Τύπου C και Α κυματομορφές σε νέους και ηλικιωμένους

Επίδραση των αγγειοδιασταλτικών και αγγειοσυσταλτικών στη μορφή των παλμών πίεσης και παροχής λόγω των ανακλάσεων Μέτρηση: κόκκινη γραμμή Μπροστά κύμα: μπλε γραμμή Πίσω κύμα: πράσινη γραμμή

Μηδενικής διάστασης μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος

Μοντέλο αεροφυλακίου (Windkessel)

Μοντέλα αεροφυλακίου δύο τριών και τεσσάρων στοιχείων

Μοντέλο αεροφυλακίου δύο στοιχείων (Otto Frank 1899) Παλμός πίεσης στη διαστολική φάση

Προσέγγιση του παλμού της πίεσης με μοντέλα αεροφυλακίου δύο, τριών και τεσσάρων στοιχείων Μοντέλο τριών στοιχείων

Σύγκριση του πλάτους και φάσης της εμπέδησης για μοντέλα αεροφυλακίου δύο, τριών και τεσσάρων στοιχείων με μετρημένα αντίστοιχα μεγέθη Μοντέλο δύο στοιχείων: Μοντέλο τριών στοιχείων:

Μονοδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος

Προσομοίωση του αρτηριακού δένδρου με ελαστικά αγγεία μεταβαλλόμενης διατομής Α, Q: παροχή, p: πίεση, τ: διατμητική τάση τοιχώματος Μονοδιάστατο μοντέλο:

Παλμοί πίεσης σε διάφορες θέσεις του αρτηριακού δένδρου Μετρήσεις και αντίστοιχες μέσω υπολογιστικής προσομοίωσης με το μονοδιάστατο μοντέλο

Μονοδιάστατο μοντέλο- Αορτική πίεση εγγύς και άπω της στένωσης

Διδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος

Διδιάστατο (αξονικά συμμετρικό) μοντέλο: πρόβλεψη διατμητικών τάσεων, αξονικής ταχύτητας και κλίσεων πιέσεων μετά από μέτρηση παλμού παροχής μέσω παλλόμενου υπερήχου Doppler

Διδιάστατο (αξονικά συμμετρικό) μοντέλο: πρόβλεψη κατανομών ταχύτητας στη διατομή του αγγείου μετά από μέτρηση παλμού παροχής μέσω παλλόμενου υπερήχου Doppler

Τριδιάστατα μοντέλα του κυκλοφορικού συστήματος

Μοντέλα τριών χωρικών διαστάσεων και χρόνου Εξατομικευμένη προσομοίωση (Patient specific simulation) Αξονική τομογραφία τμήματος του αρτηριακού συστήματος (πχ της κοιλιακής αορτής με ανεύρυσμα) Ψηφιοποίηση και ανακατασκευή (reconstruction) της γεωμετρίας μέσω υπολογιστικών μεθοδολογιών (MIMICS–Materialise). Μέτρηση κυματομορφών πίεσης είτε και ταχύτητας (US-Doppler) Μέσω υπολογιστικών μεθοδολογιών (επίλυσης εξισώσεων ροής και κίνησης τοιχώματος) καθορισμός του τριδιάστατου πεδίου ροής και των παραμορφώσεων του αγγειακού τοιχώματος χρησιμοποιώντας ως συνοριακές συνθήκες τις μετρημένες κυματομορφές (ANSYS Inc) Υπολογισμός των διατμητικών τάσεων, πιέσεων στα αγγειακά τοιχώματα Υπολογισμός των ίδιων μεγεθών καθώς και της ασκούμενης δύναμης μετά τη αποκατάσταση με ενδαγγειακό μόσχευμα (εκτίμηση κινδύνου μετανάστευσης μοσχεύματος)

Παλμός παροχής (ml/s) στην είσοδο του ανευρύσματος της κοιλιακής αορτής

Πεδία ταχυτήτων σε μια τομή του ανευρύσματος κοιλιακής αορτής κατά τη διαστολική φάση

Κατανομή της πίεσης στην επιφάνεια του ανευρύσματος κοιλιακής αορτής στη φάση της συστολής

Συνολική δύναμη επάνω στο ενδαγγειακό μόσχευμα