ديناميك سيالات محاسباتي بیولوژیکی

ديناميك سيالات محاسباتي بیولوژیکی

ناصر فتورائي

  • معرفي

آزمايشگاه  مکانيک سيالات بيولوژيکي:


اولين قدم در شناخت چگونگي جريان يافتن خون در بدن منجر به يافتن اطلاعات اوليه جريان سيال درون لوله شد. باوجود اين پس از مدتها از اين واقعه بود که سيستم هاي بيولوژيکي با پيچيدگي طبيعي خود مورد بررسي جدي و دقيق قرار گرفتند. محور فعاليت هاي آزمايشگاه مکانيک سيالات بيولوژيکي در دانشگاه صنعتي اميرکبير شامل زمينه هاي تحقيقاتي شناخته شده و در حال رشدي است که با استفاده از يافته هاي شاخه هاي مختلف مهندسي بخصوص فيزيک سيالات اقدام به حل مسائل بيولوژي مي نمايند. اين آزمايشگاه به عنوان پيشگام در ايران با هدف انسجام مطالعات مرتبط با جريان 
سيالات بيولوژيکي بخصوص خون در سال 1381 در محل دانشکده مهندسي پزشکي کار خود را آغاز نمود. اولين پروژه آزمايشگاه طراحي و ساخت دستگاه ويسکومتر همورئولوژيک براي اندازه گيري گرانروي خون بود که فاز اول آن با همکاري گروه هاي مختلف مهندسي محقق گرديد. اولين پروژه صنعتي در سال 1382 جهت ساخت دستگاه پمپ قابل کنترل توسط رايانه با سازمان گسترش صنايع ايران منعقد گرديد. از پروژه هاي در دست اقدام آزمايشگاه مي توان به طراحي و ساخت فانتوم بطن چپ قلب و مجموعه دستگاه هاي آزمايشگاهي براي تصوير برداري از جريان خون درون قلب اشاره نمود. 

محور
هاي اصلي فعاليت هاي آزمايشگاه شامل بررسي سيستم سيرکولاسيون حياتي، تنفسي، ريه و کليه، ابزار و دستگاه هاي کمکي و جايگزين قلب و کليه، روشهاي دارو رساني، سوخت و ساز- انتقال حرارت دربدن و تهويه مي باشد.

هنوز تارسيدن به سطح مورد قبول يک آزمايشگاه تحقيقاتي مناسب راه طولاني در پيش اساتيد، مهندسين و دانشجويان همکار اين آزمايشگاه است وليکن اين امر مانع
 ازآن نشده است که با تکيه بر علم، تخصص و عزم قوي اقدام به برنامه ريزي، پيشنهاد و انجام پروژه هاي مختلف تحقيقاتي گردد. اين آزمايشگاه آماده ارائه مشاوره و همکاري در اجراي طرح هاي مرتبط با اهداف خود با مراکز دانشگاهي و صنعتي مي باشد.


آزمايشگاه ديناميک سيالات محاسباتي CFD:

حضور رايانه به عنوان يک ابزار بسيار مهم در پيشرفت علوم در سال هاي اخير را نمي توان انکار نمود. مطالعات پايه و رياضي در فيزيک سيالات منجر به يافتن معادلات حاکم بر جريان سيال شده است. اين معادلات به همراه معادلات حالت سيستم معادلاتي را فراهم مي سازند که توسط آنها ميتوان حرکت سيال را در شرايط مختلف پيش بيني نمود. اين معادلات عمدتاً غير خطي و مرتبط باهم مي باشند که حل آنها را با مشکلات مختلفي همراه مي سازد. روشهاي محاسبات عددي تا حدودي محدوديت هاي پيش روي روشهاي تحليلي در حل معادلات را مرتفع مي سازند. در بررسي سيستم هاي پيچيده، بکارگيري روشهاي ديناميک سيالات محاسباتي باعث شده اند که برخي از هزينه هاي آزمايشگاهي کاهش و يا حتي حذف شوند. در برخي از موارد با توجه به اينکه هنوز ابزار مناسبي براي اندازه گيري مشخصه هاي مورد نظر فراهم نشده است، روش محاسباتي تنها امکان براي بررسي آنها محسوب مي گردد. بهره گيري از روش هاي ديناميک سيالات عددي همانند روش هاي آزمايشگاهي عملي نيازمند کسب تجربه و شناخت کامل از آنها مي باشد. به همين دليل تلاش در بکارگيري اين روش ها در حل مسائل به عنوان کسب تجربه در شبيه سازي مطرح است. در راستاي آموزش و بکارگيري روش هاي محاسباتي و نرم افزارهاي پيشرفته، آزمايشگاه ديناميک سيالات محاسباتي در سال 1381 در دانشگاه صنعتي اميرکبير تاسيس گرديد. امکانات آزمايشگاه شامل سخت افزار و نرم افزار هاي رايانه اي و شبکه جهاني اينترنت مي باشد. اغلب نرم افزارهاي ديناميک سيالات محاسباتي تجاري مطرح بر حسب نياز مورد استفاده محققين آزمايشگاه قرار دارند. روش هاي نوين براي شبيه سازي شبکه شريان، محاسبه ويژگي هاي جريان خون از پروژه هاي تحقيقاتي است که با برنامه سازي به زبان C پياده سازي شده اند. پروژه هاي متعددي در اين آزمايشگاه به تحقق رسيده اند که منجر به انتشار مقالات علمي شده اند. 

برخي از محورهاي تحقيقاتي آزمايشگاه شامل شبيه سازي و پيش بيني: 1) جريان خون در شريان انسان و تاثير متقابل جريان خون و ديواره شريان، 2) انتقال چربي در جريان خون و نفوذ آن در ديواره شريان، 3) سيستم تنفسي، جريان هوا در ريه و تاثير متقابل آن با ديواره شش، 4) سيستم کليه و کليه مصنوعي، 5) انتقال دارو، 6) بررسي سوخت و ساز و انتقال حرارت دربدن مي باشد. 

اين آزمايشگاه آماده ارائه مشاوره و همکاري در اجراي طرح هاي مرتبط با اهداف خود با مراکز دانشگاهي و صنعتي مي باشد.



 

پيشنهاد پروژه کارشناسي مهندسي پزشکي:

 

 1. بررسي تهويه مناسب سر با حضور خنک کن

 2. کرايو تراپي (سرما درماني) با روش محاسبا ت عددي

 3. طراحي و برنامه سازي واسط گرافيکي براي شبکه قلبي عروقي

 تمامي پروژه هاي فوق محاسباتي بوده و با رايانه (توسط نرم افزارهاي تخصصي) انجام خواهند گرفت. دانشجويان علاقمند مقطع کارشناسي (خصوصاً مکانيک، بيومکانيک و بيوالکتريک) با پرونده تحصيلي خوب مي توانند با مراجعه و يا ارسال نامه الکترونيکيعلاقمندي خود را به مدير آزمايشگاه اعلام نمايند.