İnsan burun boşluğundaki hava akışının sayısal olarak incelenmesi ve sanal septoplasti

thumbnail.default.alt
Tarih
2018-12-11
Yazarlar
Turutoğlu, Cem
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Özet
Nefes alış-verişi, vücudun ihtiyacı olan oksijeni sağlayabilmesi için yapılması gereken ve doğuştan kazanılan bir özelliktir. İnsan yaşamını sürdürebilmek için beyne ve vücudun diğer organlarına kan yolu ile bu oksijeni iletir. Hiçbir şey yemeden bir insan birkaç hafta, su olmadan birkaç gün yaşayabilse de oksijen olmadan birkaç dakikadan fazla yaşayamaz. Yeterli oksijen vücuda girmediğinde görme, işitme bozuklukları, negatif olma durumu, aşırı sinir, zihinsel bunalım, depresyon gibi bir takım olumsuz reaksiyonlar meydana gelir. Hatta beynin oksijensiz kalması, kalıcı hasarlara ve felce neden olmaktadır. Yetersiz oksijen, insanların gün içerisinde yorgun hissetmelerinde de büyük etkendir. Solunumun vücutta başladığı yer olan burnun yapısı rahat nefes alabilme açısından büyük önem taşımaktadır. Geniz eti, uyku apnesi, deviasyon, sonradan meydana gelen travmalar nefes alış-verişi sırasında burundan yeterli oksijenin alınamamasına sebep olmaktadır. Bu sebeple günümüzde birçok insan burunlarına tedavi amaçlı cerrahi müdahale yaptırmaktadır. Son yıllarda; hesaplamalı mühendislik ve bilişim alanlarındaki gelişmeler birçok alanda olduğu gibi tıp alanında da etkisini göstermiş, tıp ve mühendislik disiplinlerinin ortak çalışma sahası olan biyomühendislik ve biyomekanik gibi branşların ortaya çıkmasına ve ilerlemesine neden olmuştur. Biyomekanik alanındaki gelişmelerin bir sonucu olarak; hekimler uzmanlaştıkları branşlarda sadece tedavi yöntemleri ile değil aynı zamanda da tanı koyma ve muhtemel bir cerrahi müdahalenin kazanımları ve/veya kayıplarını öngörebilmek ve yorumlayabilmek adına "sanal ameliyat" gibi mühendislik esaslı yöntemleri tercih etmektedirler. Özellikle hasta açısından risk taşıyan ve ameliyat kararının zor alındığı durumlarda, sanal ameliyat yaklaşımı sayesinde muhtemel bir operasyonun sonuçlarını bilgisayar ortamında öngörebilmek, hem hasta hem de hekim açısından oldukça önemli bir gelişmedir. Burun orta duvarının orta hattan kayması olarak tanımlanan ve hasta sağlığını ve yaşam kalitesini birçok açıdan olumsuz yönde etkileyen nazal septum deviasyonu, toplumda yeni doğanlardan yetişkinlere kadar ortalama %20 ila %35 oranında görülme sıklığında olup tedavisi ancak septaplasti olarak adlandırılan cerrahi bir yöntem ile mümkündür. Fakat septoplastinin etkinliği günümüzde halen sorgulanmakta olup kısa vadede hasta üzerinde psikolojik olarak bir iyileşme hissi uyandırdığı ancak uzun vadede tatmin oranının düştüğü literatürdeki bazı çalışmalar ile ortaya konmuştur. Bu nedenle, burun ile ilgili bir cerrahi operasyonun kazanımlarının ve/veya kayıplarının sanal ameliyat yaklaşımı ile önceden ortaya konabilmesi büyük önem taşımaktadır. Sanal septoplastinin etkin bir şekilde uygulanabildiği ya da etkin bir şekilde uygulanabilir seviyeye getirilebilme potansiyeli olduğu sonucuna varılması durumunda, uzun vadede gereksiz ameliyatların önüne geçilerek ülke ekonomisine katkı sağlanabilecek ve riskli septoplastinin hasta sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri bertaraf edilebilecektir. Bu tez; sanal septoplasti üzerine kurgulanmış sayısal yöntemlerle çözüme gidilmiş disiplinler arası bir çalışmadır. Çalışmanın sayısal kısmı, septoplasti öncesinde ve sonrasında nazal kavite içerisindeki hava akışının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri ile modellenmesini, sonuçların irdelenerek cerrahi müdahaleden sağlanacak fayda ve/veya zararların öngörülmesini ve hasta sağlığı ve yaşam kalitesi bakımından en uygun cerrahi müdahale senaryosunun belirlenmesini içermektedir. Bu kapsamda, septoplasti öncesinde hastanın nazal kavitesine ait Bilgisayarlı Tomografi (BT) veya Manyetik Rezonans (MR) görüntüleri 3 boyutlu modelleme programı ile işlenerek HAD analizlerine uygun hale getirilmiş, ICEM-CFD programı ile çözüm ağı oluşturulmuş ve ANSYS-Fluent yazılımı ile de HAD analizleri yapılmıştır. Mevcut durumun, akış alanındaki yapılar, nazal direnç vb. parametreler üzerinden değerlendirmesinin ardından Sculptor yazılımı ile nazal kavite geometrisi değiştirilerek sanal septoplasti uygulanmasına geçilmiştir. Sanal septoplasti geçirmiş nazal kavite içerisindeki hava akışının HAD analizleri ile gerçek septoplastiden alınacak sonuçlarının tahmin edilebilmesi sağlanmıştır. Tez kapsamında kullanılacak yöntemlerin doğrulanması amacıyla literatürde üzerinde daha önce çalışılmış olan Standart Carleton-Civic Burun Modeli üzerinden yöntem geliştirilmiştir. HAD sonuçları literatürdeki sayısal ve deneysel çalışmalarla karşılaştırılmış, bu çalışmanın başarısı literatürdeki çalışmalarla kıyaslanarak sorgulanmıştır. Bu tezde farklı debiler için akışın türbülanslı veya laminer olduğu debiler belirlenmiş, eğer akış türbülanslı ise hangi türbülans modelinin seçilmesi gerektiği ortaya konulmuş, HAD analizi çözücüsünde uygulanacak çözüm yöntemleri, giriş-çıkış sınır koşulları ve başlangıç koşulları belirlenmiş, çözüm ağından bağımsızlık irdelenerek çalışmanın yöntemi hazırlanmıştır. Sonuçlar literatürdeki gibi 30 l/dk hava debisinde nazal kavite içerisinde farklı bölgelerden kesitler alınarak türbülans kinetik enerjisi ve hız konturları alınarak karşılaştırılmış, burnun hava giriş ve çıkış noktalarındaki basınç değerleri alınarak debi-basınç grafikleri oluşturulmuş, uygun kesitten alınan hız profili boyutsuz hâlde çizdirilmiş ve kavite içerisindeki nazal direnç ve nazal güç hesaplanarak karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Uygulanan yöntem sonuçların tutarlılığına bakılarak geçerli kabul edilmiş, ameliyat öncesi ve sonrası durumu karşılaştırması yapabilmek adına standart Carleton modeli üzerinde septal deviasyon oluşturulmuş, HAD analizleri tekrarlanmıştır. Deviasyonlu ve deviasyonsuz modeller arasındaki farklara bakılarak sanal septoplastinin uygulanabilir olduğu sonucuna varılmıştır.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans)-- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018
Anahtar kelimeler
Bioengineering, Biyomühendislik, Sanal septoplasti, Virtual septoplasty
Alıntı