Нумеричко моделирање кретања ћелија, микро и нано делића у крвним судовима

Abstract

Струјање крви у кардиоваскуларном систему је предмет бројних истраживања у медицини и биомедицинском инжењерингу. Истраживања се углавном базирају на експериментима, али значајну улогу у истраживањима има и компјутерско моделирање. Крв се састоји од течне крвне плазме и чврстих крвних ћелија. Струјање у великим крвним судовима се моделира као струјање вискозног нестишљивог флуида. За велике крвне судове ово је задовољавајућа апроксимација, зато што су димензије ћелија занемарљиве у односу на димензије крвног суда. Када је у питању струјање у малим крвним судовима (капиларима), димензије ћелија су сличне димензијама попречног пресека крвних судова. Присуство ћелија у крви се у том случају не може занемаритиу моделирању. Пошто је данас актуелна примена нанотехнологије у лечењу малигних болести, што подразумева убризгавање нано честица у крвоток, од интереса је утврдити, путем нумеричких модела, и кретање нано честица које се кроз крв преносе заједно са крвним ћелијама. Циљ овог рада је развој нумеричког модела који ће објединити кретање солида и флуида у крви. Модел треба да обезбеди интеракцију чврстих тела (ћелија и наночестица) и флуида (крвне плазме) као и узајамну интеракцију ћелија и нано честица.

Blood flow in cardiovascular system is the subject of numerous research studies in medicine and biomedical engineering. These studies are mostly based on experiments, but computer modeling has an important role in the research, as well. Blood consists of liquid blood plasma and solid blood cells. The flow in large blood vessels is modeled as a flow of viscous incompressible fluid. This is a satisfactory approximation for large blood vessels, because the dimensions of the cells are negligible in comparison with dimensions of the blood vessel.Regarding the flow in small blood vessels (capillaries), the dimensions of the cells are similar to the dimensions of cross sections of blood vessels. Presence of the cells in blood cannot be neglected in this case. Since today use of nanotechnology in the treatment of malignant diseases is a hot topic, which implies injection of nanoparticles into the bloodstream, it is of interest, using numerical models, to determine motion of nanoparticles transported through blood together with blood cells.The objective of this thesis is the development of numerical models that will couple solid e and fluid motion in blood. The model should include fluid-solid interaction (interaction of cells and nanoparticles with blood plasma), as well as mutual interaction between cells and nanoparticles.