Jedną z przyczyn migrenowego bólu głowy, zawrotów czy omdleń mogą być problemy z niedokrwieniem mózgu. Do diagnostyki lekarze wykorzystują ultrasonografię dopplerowską lub tomografię komputerową. Zalety obu metod łączy zastosowanie narzędzi do modelowania przestrzennego oraz numerycznej mechaniki płynów opracowane w Instytucie Maszyn Przepływowych.
Badanie USG
Diagnostyka przepływu krwi w ciele pacjenta opiera się na badaniach przepływu realizowanych najczęściej metodą wykorzystującą fale ultradźwiękowe (Doppler USG). Fale emitowane ze źródła odbijają się od przepływającej krwi i na podstawie zmian częstotliwości fali akustycznej możliwy jest pomiar jej prędkości. Metoda ta jest doskonała w sytuacji, gdy fale dźwiękowe bez przeszkód trafiają do naczynia, którym płynie krew, to znaczy dystans między źródłem ultradźwięków a naczyniem jest na tyle mały, że fale nie są tłumione ani rozpraszane. Dodatkowo, istotne jest, aby pomiędzy naczyniem i źródłem nie było ośrodków silnie tłumiących dźwięk, takich jak powietrze czy kości.
Tomografia komputerowa
Niestety, metoda Doppler USG nie pozwala wyznaczyć jednoznacznie budowy i przebiegu całej tętnicy. Zdarza się, że w czasie diagnozy przepływu krwi do mózgu pacjenta lekarze stwierdzają niedrożność lub ograniczenie w przepływie w jednej z czterech tętnic zasilających mózg. W takiej sytuacji zleca się dodatkowe badanie z wykorzystaniem tomografii komputerowej. Obrazowanie w tej technice pozwala określić przebieg przestrzenny i średnice poszczególnych naczyń, jednak nie można przy jej wykorzystaniu uzyskać informacji o prędkości i zmianach przepływu w tętnicach.
Posumowując, jedna metoda pozwala na określenie przepływu, ale niewystarczająco dobrze odzwierciedla budowę przestrzenną układu naczyniowego, a druga pozwala wyznaczyć geometrię naczyń, ale nie daje informacji o przepływie.
Badania wpływu stopnia otwarcia naczynia na przepływ w kole tętniczym mózgu - wirtualna operacja
foto: mat. autora
Wizualizacja i analiza przepływów
Możliwe jest połączenie zalet obu metod dzięki zastosowaniu narzędzi do modelowania przestrzennego oraz numerycznej mechaniki płynów. Bazując na obrazach przestrzennych układu krwionośnego pacjenta pochodzących z tomografii komputerowej można zwizualizować i przeprowadzić analizę struktury przepływu w obszarach niedostępnych dla fal dźwiękowych uzyskując dużą rozdzielczość przestrzenną i czasową. Dzięki takiemu sprzężeniu lekarze mogą z większą precyzją określić jakie jest zasilanie w krew, a więc dotlenienie poszczególnych części mózgowia.
Zdarza się, że w badaniu tomograficznym wykrywa się u pacjentów tętniak lub zwężenie naczyń. Dzięki przedstawionej metodzie można również sprawdzić w jakim zakresie interwencja lekarzy, czyli poszerzenie naczynia lub zamknięcie tętniaka zmieni przepływ krwi w danym obszarze oraz jej dystrybucję.
Inne możliwości
Metoda opracowana przez zespół pod kierunkiem prof. Krzysztofa Jóźwika pozwala również na prowadzenie analizy przepływu w okolicach anastomozy tętniczo-żylnej (chirurgicznie utworzonego połączenia tętnicy z żyłą) wykonywanej na potrzeby hemodializ u pacjentów z niewydolnością nerek. W chwili obecnej trwają prace nad opracowaniem metody przewidywania rozwoju przetok dializacyjnych po zespoleniu tętniczo-żylnym. Przewiduje się, że taka metoda pozwoli w przyszłości na przeprowadzenie kilku wariantów zespoleń w przestrzeni wirtualnej tak, aby lekarz miał możliwość wyboru typu zabiegu najbardziej korzystnego dla danego pacjenta.
