بررسي پارامترهاي موثر بر انتقال جرم در مويرگ‌هاي مغز با استفاده از روش شبكه بولتزمن

Analysis of the effective parameters on mass transfer in brain capillaries using lattice Boltzmann method

بروز بيماريهاي مغز و اعصاب مانند سرطان، باعث آسيب به سد خوني مغز و در نتيجه نفوذپذيري بيشتر بافت مي شود. به صورت كلي، در صورت وجود آسيبدر بافت مغز، ماده كنتراست مورد استفاده در تصويربرداري تشديد مغناطيسي به فضاي خارج مويرگي نفوذ كرده و روشنايي تصوير در تصويربرداري تشديد مغناطيسي تغيير مي كند. هدف از اين مقاله، بررسي پارامترهاي موثر بر نفوذ ماده كنتراست در مويرگ مغز است. در مطالعه حاضر، از روش شبكه بولتزمن با زمان آسودگي چندگانه،جهت شبيه سازي جريان در داخل و محيط متخلخل اطراف مويرگ استفاده شده است. نتايج نشان مي دهند كه ميزان تخلخل محيط اطراف مويرگ(كه نشان دهنده ميزان آسيب پذيري بافت است)، نوع ماده كنتراست و انحناي مويرگ تاثير زيادي بر نفوذ ماده كنتراست در بافت دارند. همچنين نتايج حاصل نشان دهنده تاثير انحناي مويرگ بر تنش برشي و در نتيجه انتقال جرم در مويرگ است. لازم به ذكر است كه نتايج حاصل با نتايج آماري و تحليلي موجود براي جريان داخل مويرگ آسيب ديده مغز با نفوذپذيري متفاوت ارزيابي شده است. با اين قياس، كارايي روش شبكه بولتزمن در شبيه سازي مسايل پيچيده به خصوص در محيط متخلخل مشخص شده است.

Neurological diseases such as cancer damage blood brain barrier and consequently cause more permeability in tissues. Generally, if there is damage to the brain tissues the contrast agent used in MRI diffuses outside the capillaries and the MRI picture brightness changes. The purpose of this paper is to show the effects of different parameters on the contrast agent diffusion in the brain capillary. In this study, the lattice Boltzmann method with multi-relaxation time (MRT) is used to simulate the flow in the capillary and porous media around it. The results show that the porosity in extravascular tissues (it shows the tissue damage), the kind of contrast agent and capillaries curvature have an impact on the contrast agent diffusion in the tissues. The presented results show the effects of curvature on shear stress and thus on mass transfer in the capillary. It should be noted that the presented results have been evaluated by previous statistical and analytical results for flow in the damaged brain capillary with different permeability. It has been shown that the lattice Boltzmann method is able to simulate the complex problems, especially in porous media.