شماره راهنما :
1131 دكتري
پديد آورنده :
فلاحي، امير
عنوان :
شبيهسازي عددي و بررسي پارامتري سرمازدگي انگشتان دست با استفاده از مدلسازي آناتومي
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مكانيك
صفحه شمار :
شانزده، [۱۲۸]ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
ابراهيم شيراني، محمدرضا سليم پور
استاد مشاور :
خسرو جعفرپور
توصيفگر ها :
انتقال حرارت در بافت زنده , تصوير امآرآي , مدل آناتومي , سرمازدگي , انگشتان دست , خونرساني
استاد داور :
احمد صابونچي، ناصر فتورايي، حسين احمدي كيا
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/11/24
كد ايرانداك :
ID1131 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده سرمازدگي يكي از شديدترين شكلهاي آسيبهاي سرمايي است كه اثرات جدي را بر اعضاي بدن بـهخصـوص عضـوهايي چـون انگشتان دستوپا گوشها گونه و بيني كه از قلب بهعنوان مركز پمپاژ خون حرارت دور هستند ميگذارد تا جايي كه موجب از دست دادن اين اعضا در شرايط حاد سرمايي ميشود لذا بررسي و تحليل توزيع حرارت در اين اندامها و پيشبيني اثـرات سـرما بـر روي بافتهاي اندامهاي مذكور به طور خاص در اين تحقيق براي انگشت دست نـهتنهـا يـك ضـرورت بلكـه يـك الـزام جهـت پيشبيني سرمازدگي و پارامترهاي تأثيرگذار در آن و بهتبع درمان هرچه سريعتر قربانيان ميباشد در اكثر كارهاي پيشين محققـين براي پيشبيني سرمازدگي در انگشتان دست بهعنوان اندامي حساس كه در معرض سرما قرار ميگيرد به مدلهاي ساده يـكبعـدي و دوبعدي اكتفا و در معدود پژوهشهاي صورت گرفتهي سهبعدي سادهسازيهاي بسياري جهت مدلسازي و شبيهسازي انگشـت انجامشده است اما در اين تحقيق مدلي سهبعدي از هندسه انگشت دست با توجه به آناتومي دست ارائـه و رفتـار حرارتـي انگشـت دست در شرايط مختلف دمايي پايين مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است استفاده از عكسهاي MRI بهعنوان مرجعـي مناسـب جهت شناسايي لايههاي مختلف بافتها و مدل سازي سهبعدي بافتهاي زنده يكي از نوآوريهاي اين تحقيق محسوب مي شـود روش نوين ارائهشده براي تبديل تصاوير MRI به فايلهـاي سـهبعـدي قابـلتحليـل داراي مزيـتهـايي ازجملـه قابليـت مونتـاژ زيـر بافتهاي مختلف و عروق خوني بر رويهم مسيريابي و مدلسازي دقيقتر عروق خوني شبكهبندي مدل در خود نرمافزار تحليلي كاهش زمان محاسبات و همگرايي هرچه بيشتر شبيهسازيها است كه نميتوان از آن چشمپوشـي كـرد در بحـث خـونرسـاني در انگشت مسيريابي رگها و تبادل حرارت با بافتهاي مجاور از دغدغهها و نكاتي است كـه در تمـامي شـبيهسـازيهـا لحـاظ شـده است نتايج توزيع دما نشان ميدهد كه عروق نقش مهمي در انتقال حرارت بين بافت و محيط در شرايط حاد سرمايي ايفا ميكننـد به طوري كه با در نظر نگرفتن اثرات رگها در شبيهسازيها نتايج انحراف زيـادي را بـا دادههـاي آزمايشـگاهي نشـان مـيدهنـد پارامترهاي دماي محيط سرعت وزش باد ميزان پوشش و ابعاد و اندازهي انگشـتان دسـت جـزو پارامترهـاي مهـم در توزيـع دمـا و پديده سرمازدگي بودند كه در اين پژوهش موردبررسي قرارگرفتهاند نتايج در خصوص شرايط محيطي نشان مي دهد كه با كاهش دماي محيط و افزايش سرعت وزش باد دماي انگشت بهسرعت كاسته شده و زمان پايداري آن در مقابـل آسـيبهـاي سـرمازدگي نيز كاهش مييابد بهطوري كه با كاهش 01 درجهاي دماي محيط و افزايش سـرعت بـاد زمـان پايـداري تـا حـدود نصـف تقليـل مييابد اما در اين ميان ميزان مقاومت حرارتي دستكش از اهميت خاصي برخوردار بوده و بسيار اثربخش مـيباشـد و ايـن تـأثير در سرعتهاي بالاتر وزش باد حساستر هم مي شود تا جايي كه با پوشيدن دستكش در شرايط خاص زمان پايداري تا 7 برابر نسـبت به حالت بدون دستكش افزايش مييابد علاوه بر زمان پايداري زمان شروع سرمازدگي كه در پژوهشهاي پيشـين بـراي بررسـي پارامترهاي تأثيرگذار مورد استفاده قرار گرفته است در اين تحقيق نرخ تخريب شدن بافت در اثر سرما بهعنـوان معيـاري كارآمـد براي به دست آوردن پاسخهاي حرارتي بافتها و تحليل اثرات پارامترهاي مختلف بـر روي رفتـار حرارتـي انگشـت معرفـي شـده است همچنين با استفاده از نتايج شبيهسازيهاي عددي روابطي تحليلي براي پيشبيني زمان پايداري و ميزان پوشش دسـت تحـت شرايط مختلف محيطي جهت جلوگيري از سرمازدگي استخراج و ارائه گرديده است با بهرهگيـري از بـرونيـابي خطـي و الهـام از شرايط فيزيكي واقعي روابط مذكور استخراج شدهاند قابلتوجه است كـه رونـد نتـايج حاصـل از معـادلات تحليلـي بـا دادههـاي عددي و تجربي قابل مقايسه است كلمـات كليـدي انتقـال حـرارت در بافـت زنـده تصـوير امآرآي مـدل آنـاتومي سـرمازدگي انگشـتان دسـت ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــ ـ ـ خونرساني
چكيده انگليسي :
Numerical Simulation and Parametric Study of Fingers Frosbite Using Anatomic Modelling Amir Fallahi a fallahi@me iut ac ir Date of Submission 2017 09 21 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language FarsiSupervisors Ebrahim Shirani eshirani@cc iut ac irMohammad Reza Salimpour salimpour@cc iut ac irAbstractFrostbite is severest form of cold injury that can have serious consequences which may include loss of someimportant limbs such as digits ears cheek and nose which are far from heart as main heat source in humanbody Therefore simulation and prediction of thermal behavior of mentioned limbs tissues fingers in thisstudy under the cold conditions are not only necessary but also crucial for estimating of cold injuries andthe related effective parameters In most previous researches models of frostbite injury in fingers arelimited to one and two dimensional schemes and in few inquiries that considered 3 D models varioussimplifications and assumptions are applied But in this study an anatomical 3 D model is presented forhuman finger and the heat transfer through it is analyzed under the cold condition numerically A novelapproach is proposed to convert the MR images to 3 D finite element model The method has differentadvantages that distinguish it from the other methods The ability to assemble different tissues and bloodvessels on each other finding the location of blood vessels meshing the model in the software that used fornumerical simulation reducing the computational time and better converging are some of the advantages ofthis method Considering the circulatory system and its influence on heat distribution through the finger specially in severe cold condition are the distinction of this study and similar studies Results fortemperature distribution show that vessels play an important role in heat transfer between tissue andenvironment It is observed that the effect of blood thermal behavior of tissue under the cold exposure ismore significant than what was assumed in previous studies The parameters of ambient temperature windvelocity hand covering and dimensions of fingers were the important parameters which investigated in thisstudy Regarding environmental conditions with decreasing ambient temperature and increasing the windspeed the temperature of the finger and endurance time are reduced rapidly As the wind speed increasesand the temperature decreases by 10 C the endurance time is reduced to about half On the other hand thethermal resistance of the glove is very important and effective that is more sensitive at higher wind speeds Therefore by wearing gloves in certain conditions the endurance time can be increased up to 7 timeshigher than the non gloved mode In addition to the endurance time onset of frostbite which has beenused in previous studies to examine the effective parameters the rate of necrotizing is introduced as aneffective criterion to obtain thermal responses of tissues to different parameters Also according to thenumerical results analytical expressions are extracted for endurance time and proper glove in different coldcondition to prevent cold injury By employing linear extrapolation and real physical conditions theproposed formulas were drawn out from numerical simulation Analytical results show good agreementwith numerical and experimental data Keywords Bio heat transfer MR image Anatomical model Frostbite Finger Circulatory systems
استاد راهنما :
ابراهيم شيراني، محمدرضا سليم پور
استاد مشاور :
خسرو جعفرپور
استاد داور :
احمد صابونچي، ناصر فتورايي، حسين احمدي كيا
