Γενικά οι μη επεμβατικές τεχνικές παρουσιάζουν υψηλή ειδικότητα και ευαισθησία για τον καθορισμό του βαθμού της αρτηριακής στένωσης. Για τον λόγο αυτό οι μη επεμβατικές τεχνικές απεικόνισης είναι στην πρώτη γραμμή της διάγνωσης εμφραγμάτων κυκλοφορίας. Η μαγνητική αγγειογραφία (magnetic resonance angiography-MRA) έχει μια σημαντική θέση για την απεικόνιση αρτηριών και ιδιαίτερα των καρωτιδικών ανάμεσα στις μη επεμβατικές μεθόδους λόγω και της μη ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Το βασικό πλεονέκτημα της MRA είναι η δυνατότητα απεικόνισης αιμοφόρων αγγείων σε μορφή ανάλογη με την ψηφιακή αγγειογραφία (digital subtraction angiography-DSA). Μπορούν να παραχθούν πολλαπλές προβολές των αρτηριών με τεχνικές μετά-επεξεργασίας, προσφέροντας μάλιστα περισσότερες πληροφορίες σχετικά με χαρακτηριστικά της ροή στην στένωση πέρα της εκτίμησης του ποσοστού της. Δημιουργούνται όμως ερωτήματα στο κατά πόσο η έμμεση εκτίμησης του ποσοστού μέσω της μείωσης της μέγιστης ταχύτητας ροής του ρευστού, είναι αξιόπιστη μέθοδος λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα στα οποία υπόκεινται οι πυρήνες, όντας φορείς της πληροφορίας και εκπομποί του σήματος, όπως η τυρβώδη ροή και τα φαινόμενα jet. / --

It is well known now that there exists a coupling between functional brain activity and regional blood flow response in the somatosensory cortex and other cortical areas. Various modalities, including functional magnetic resonance imaging and optical imaging (intrinsic signals as well as fluorescence), have been developed in the past to map functional brain activity. The complexity and fundamental physical constraints of the instruments preclude functional imaging in awake, behaving small animals. This thesis presents the method of Laser Speckle Imaging (LSI) of brain with high spatial and temporal resolution, and potential for imaging awake and behaving animals. The method has the potential to map brain activation with high sensitivity and spatiotemporal resolution without using any exogenous contrast agents. In LSI, scattered laser light with different paths produces a random interference pattern known as speckle, fluctuations of which contain information about the motion of particles in the underlying medium. A post-processing step is needed to extract information out of the speckle images, two of which we introduce in details. Our first method is based on Laser speckle contrast analysis (LASCA), which has been demonstrated as a full-field method for imaging the cerebral blood flow (CBF). However, conventional LASCA is limited to extremely low dynamic range because of the ambient background field, dark current and anomalies in the circuits of CCD camera, which makes it difficult to analyze the spatiotemporal variabilities in CBF. In this study, we propose an enhanced laser speckle contrast analysis (eLASCA) method to improve the dynamic range of LASCA based on monotonic point transformation (MPT). In addition, eLASCA greatly improves the CBF visualization, which is very helpful in demonstrating the details of CBF change. Our second method involves the second order features (SOFs) of the image; they are derived from the cooccurrence matrix that in turn was calculated over the same spatial and temporal window than for the contrast. The image quality metrics - equivalent number of looks, entropy and objective quality – showed superior performance of the SOFs comparing to the contrast analysis. / --

The study of pulsatile flow through a stenosis is motivated by the need to obtain a better understanding of the impact of flow phenomena on atherosclerosis and stroke. MRI techniques have been employed to characterize flow emerging from a stenosis and non-stenotic tube. Detection and quantification of stenosis, serve as the basis for surgical intervention. In the future, the study of arterial blood flow will lead to the prediction of individual hemodynamic flows in any patient, the development of diagnostic tools to quantify disease, and the design of devices that mimic or alter blood flow. Blood flow and pressure are unsteady. The cyclic nature of the heart pump creates pulsatile conditions in all arteries. The heart ejects and fills with blood in alternating cycles called systole and diastole. Blood is pumped out of the heart during systole. The heart rests during diastole, and no blood is ejected. Pressure and flow have characteristic pulsatile shapes that vary in different parts of the arterial system. The experiments demonstrate that stenotic pulsatile flow exhibit flow disturbance phenomena which deviate the flow from the laminar behavior. In vitro measurements can simulate blood flow to a satisfactory degree, under various assumptions for flow. In this study, estimation of various hemodynamic parameters, are achieved by means of a flow phantom. The phantom can simulate pulsatile blood flow in arterial system, in our case blood flow in carotid artery. The phantom consists of an one-headed positive displacement diaphragm pump, driven by an electrocardiogram (ECG) generator, with the tube, creating a closed circuit. Within the circuit, water (as blood mimicking fluid) is driven, simulating blood flow. We studied the flow using velocity-encoded MR phase contrast sequences. Phase contrast angiography relies on dephasing the moving spins submitted to a bipolar gradient. For a bipolar gradient of a given intensity and time, the moving spins will dephase in proportion to their velocity. Similar to spatial encoding in the phase direction, the possible phase values range from – π to + π. Beyond this range of values, aliasing occurs, causing poor velocity encoding. The encoding gradient characteristics are thus defined in order to encode flows within a certain velocity range from -Venc to +Venc to be determined by the user. Any velocity outside this range will be poorly encoded (similar to what happens in pulsed and color Doppler with PRF). The present work refers to blood flow estimation by means of Magnetic Resonance Imaging. The MR imaging system used, is a 1.5 Tesla scanner (Intera 1.5T, Philips Medical Systems, Best, the Netherlands) of Attikon Hospital (Second Department of Radiology). CT imaging system is a Philips Brilliance 64, used to assess the percentage of the stenosis. The experimental set up consists of a flow phantom, simulating blood flow through blood vessels under chosen conditions. Gradient echo (phase contrast) sequences used, precisely: SQ flow and QFP sequences. MR phasecontrast technique quantifies and displays flow velocities in real times. The sequence uses a two-dimensional selective radiofrequency pulse followed by flow-sensitizing gradients with an echo planar readout. It provides the simultaneous display in real time of both an anatomic image for positioning and the through plane flow-velocity data. By controlling scan position and orientation interactively, one can optimize flow signal. The retrospective search of measurements is carried out with the database of a software used, called EVORAD. The software of the workstation automatically provided the following parameters: ROI area (cm2), vessel lumen diameter (cm), blood volume flow (ml/s), mean and maximum blood flow velocities (cm/s). The LOIs in respective, used for velocity profiles determination, were acquired by ImageJ software, by similar procedure at vertical and horizontal direction on the lumens’ plane perpendicular to the flow. Two different geometries were used: a PVC tube mimicking a healthy carotid artery of 6mm internal diameter and a stenotic glass tube to simulate arterial pathology, of 8mm internal diameter. Considering the non-stenotic PVC tube, VFR values are estimated volumetrically (for various bpm and pump output values) and via MRI (for straight and inclined position). VFR values are then compared. MR maximum velocity values are estimated too, and velocity profiles are plotted. The procedure is similar in the case of the stenotic glass tube, for various (bpm and PO; pump output) and at intervals of 1cm across the stenosis reaching 4cm upstream and downstream. In the sequence of estimation, percentage of stenosis follows; estimated from both MRI and CT scans. Finally, variation of pressure and SNR in order to assess the signal loss due to stenosis are estimated. Accounting for the non stenotic tube: The first significant issue to mention, is the greatest cv (correlation of variation) values at lower VFR values (measured at 10%pump output and pressure of 2,5b), among all VFR values for both 60 and 75 bpm, and the greatest std values noticed at the greatest VFRs (60%, 4.6b). VFR values are indeed greater at 75 bpm compared to those at 60 bpm, as expected. Values show no stable relevance between VFR and pump output. There are differences in VFR values from the inclined position, statistically significant, in cases of 5% for both 60,75bpm. Statistical differences (at 5% statistical significance), are noticed between volumetric measurements versus MRI extracted values as compared above, between SQflow and QFP sequences (60/20). VFR values comparison between volumetric and MRI measurements, show statistical differences. Concerning Vmax values from ROIs and LOIs V,H: there are statistical differences in 5, 10%PO, for both 60, 75bpm, indicating higher values in straight position. Concerning Vmax values extracted from MRI ROIs and LOIs V&H: there are statistically significant differences in cases of 5,10% PO, at both 60,75bpm, leading to greater values at straight position. In the case of stenotic tube: Comparison, of VFR values at 75, 120 bpm, result in higher flow at the exit of the stenosis (49.16%, 80.14%). In the vicinity of stenosis (± 1cm), VFR is almost stable in the case of 120 bpm (0,74%), whereas the highest variation is noted at 75 bpm (133,9%). The highest VFR value intrastenotic is noted at 120 bpm (2,06ml/s). As flow increases, VFR variation is noted more distal to the stenosis. Percentage comparison indicate that greater variations for 60,75, 120bpm are noted in the vicinity of stenosis (±1cm), whereas for 100bpm at ±3cm. Considering Vmax extracted values at 4cm post stenosis in all cases of pulsatility are higher than the respective values 4cm pre stenosis. At the neck of the stenosis extracted values are indeed high as expected, since laminar flow persists across the stenosis. The highest Vmax value among all intra-stenotic values, appears at 60 bpm. As pump flow rate increases, maximum value occurs most post along stenosis. Post stenosis variations are expected to be higher at higher pulsatility. Vertical LOIs result in higher R squared values. In lower flow (corresponding to lower pulsatility 60,75bpm as mentioned above), parabolic profiles as noted pre and post stenosis (2cm,1cm pre and 4cm post). For higher flow, (100,120bpm), parabolic profiles are depicted post stenosis (2-4cm) and in the neck of stenosis for 100bpm. Severity of stenosis is calculated as the percentage rate of Vmax upstream or downstream the stenosis to the intrastenotic Vmax, minus the unity. The pump output is set up to 10%, flow rate ranges from 60 to 120 bpm. Calculations account for Vmax values from both ROIs and LOIs (V,H). Measurements from CT scan are also acquired (gold standard) for comparison. Due to turbulence, Xpre values are considered as more reliable. Better agreement for stenosis estimations to ROIs are acquired: in low flow from LOIsV, whereas at higher flow by LOIsH. Overall, values extracted by MR at 60 bpm imply a stenosis of 46% (LOIsH), 98% (LOIsV) and 93% (ROIs), whereas CT scans estimations lead to 90.2% using diameter stenosis and 99% using area stenosis. The LOIsH expectedly underestimate the percentage of stenosis. CT value of 99% is the exact value, that result by the relationship described in Ota et al.(2005) study: A=D*[2-(D/100)], where D=0,902 is the “diameter stenosis”. ΔP values at 60 and 100bpm, exceed the respective at 75, 120 bpm. In Vmax values, higher intrastenotic values were noted at those pulsatilities, indicating higher pressure energy loss converted to kinetic energy. Calculations of ΔP, a value of 4 is used for K factor and Vmax values are calculated in m/s in the neck of the stenosis. Calculations from linear and elliptical ROIs were made. By the same reasoning as before, we assume that the value of 15.92mmHg found at 60bpm from ROIs is the most reliable. A second calculation of ΔP by means of K=4.9 lead to higher values of 5.1%. Signal to noise ratio as indicative of the loss of signal as fluid flows along the stenosis. Rectangular ROIs are designed upstream and downstream the stenosis, thus SNR values: upstream the stenosis, are higher in contrast to all respective values downstream. Calculations lead to values of: 54.15% (60bpm), 71.08% (75bpm), 68.7% (100bpm) and 72.63% for 120 bpm. The highest loss is depicted at 120 bpm, and in descending order at 75, 100 and 60 bpm. There are certain factors that are limiting when it comes to comparing the executed study to clinical flow measurements, many of which are connected to properties of the pump and phantom used. At very low pump output as used, there was instability at several times. On the other hand at high PO the pressure reached maximum value (manometer) and was thus avoided. The PO values of 5, 10, 20% are quite lower than that usually found in patients. Thus, a direct comparison to in vivo values would be invalid. The tube in the phantom differs from that of a blood vessel as it is rigid, tube wall consists of PVC or glass, and BMF has different relaxation properties than those found in vivo. Furthermore, the size of the phantom used is much smaller than that of an actual patient, which can lead to a significant divergence in susceptibility variations in scanned material. Consequently, optimal future projects should include scanning faster flow, higher PO, higher magnitude of 3T, different sequences and modalities (various stenoses, oblique positions, blood mimicking fluids, different vessel walls; to more closely mimic in vivo conditions and to reduce the influence of partial volume effects) and a comparison among different techniques as ultrasound, computed tomography CT. Turbulence in flow is crucial for comprehension and interpretation of the flow across a stenosis. Hence, complete understanding of the interrelationship between pressure, flow, and symptoms for cardiovascular stenoses is a critical problem. New devices to repair stenotic arteries are continuously being developed. Thus fluid mechanics will continue to play an important role in the future diagnosis, understanding, and treatment of cardiovascular diseases. / Η μελέτη της παλμικής ροής μέσω στένωσης, υπαγορεύεται υπό την ανάγκη να υπάρξει βαθύτερη κατανόηση των επιπτώσεων των φαινομένων ροής σε περιπτώσεις αθηροσκλήρωσης και εγκεφαλικού επεισοδίου. Οι τεχνικές μαγνητικής τομογραφίας χρησιμοποιούνται για να χαρακτηρισθεί η ροή που εξέρχεται από μια στένωση και από μη στενωμένα αγγεία. Η ανίχνευση και η ποσοτικοποίηση της στένωσης χρησιμεύουν ως βάση στις επεμβατικές θεραπείες. Μελλοντικά, η μελέτη της αρτηριακής ροής του αίματος θα οδηγήσει στην πρόβλεψη των μεμονωμένων αιμοδυναμικών παραμετρων ροής για κάθε ασθενή, την ανάπτυξη διαγνωστικών εργαλείων για την ποσοτικοποίηση της νόσου, και τη σχεδίαση συσκευών που μιμούνται και δύναται να τροποποιήσουν τη ροή του αίματος. Η ροή του αίματος και η πίεση του είναι ασταθείς. Η κυκλική φύση της άντλησης αίματος μέσω της καρδιάς μεταδίδει παλμικές συνθήκες ροής σε όλες τις αρτηρίες. Η καρδιά εξωθεί και γεμίζει με αίμα σε εναλλασσόμενους κύκλους που ονομάζονται συστολή και διαστολή αντίστοιχα. Αίμα αντλείται από την καρδιά κατά τη διάρκεια της συστολής. Η καρδιά αδρανεί κατά τη διαστολή, και δεν εξωθεί αίμα. Η πίεση και η ροή έχουν χαρακτηριστικές παλμικού σχήματος κυματομορφές που διαφέρουν στα διάφορα τμήματα του αρτηριακού συστήματος. Μελέτες υποδεικνύουν ότι η παλμική ροή μέσω στένωσης, παρουσιάζει φαινόμενα διαταραχής, ώστε η ροή τελικά να αποκλίνει από τη στρωτής συμπεριφοράς ροή. In vitro μετρησεις μπορούν να προσομοιάσουν τη ροή του αίματος σε ικανοποιητικό βαθμό, υπό την προυπόθεση διαφόρων προσεγγίσεων. Στην παρούσα εργασία η εκτίμηση των παραμέτρων ρόης γίνεται μέσω ομοιώματος. Το ομοίωμα μπορεί να προσομοιώσει την παλμική ροή αίματος στο αρτηριακό σύστημα, στην περίπτωσή μας στην καρωτιδική αρτηρία. Το ομοίωμα αποτελείται από μία βάση με αντλία διαφράγματος, “οδηγούμενη” από μία γεννήτρια συσκεύη ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ΗΚΓ), δημιουργώντας ένα κλειστό κύκλωμα διαμέσω σωλήνα. Εντός του κυκλώματος, το νερό (όπως το αίμα), οδηγείται, προσομοιώνοντας την αιματική ροή. Μελετήσαμε τη ροή χρησιμοποιώντας ακολουθίες MR αντίθεσης φάσης. Η αγγειογραφία αντίθεσης βασίζεται σε αποσυμφασικοποίηση των κινούμενων spin, τα οποία υποβάλλονται σε διπολικό gradient (βαθμίδωση). Για μια διπολική βαθμίδωση δεδομένης έντασης και χρόνου, τα κινούμενα spin θα αποσυμφασικοποιούνται σε αναλογία με την ταχύτητά τους. Παρόμοιως με τη διαδικασία χωρικής κωδικοποίησης στην κατεύθυνση φάσεως, οι πιθανές τιμές φάσης κυμαίνονται μεταξύ - π και + π. Εκτός αυτού του εύρους τιμών, συμβαίνει aliasing, προκαλώντας κακή κωδικοποίηση ταχύτητας. Τα χαρακτηριστικά βαθμίδας κωδικοποίησης, καθορίζονται επομένως προκειμένου να κωδικοποιηθούν οι ροές εντός μίας ορισμένης περιοχής ταχύτητος από -Venc έως +Venc, όπως θα καθοριστούν από τον χειριστή. Κάθε ταχύτητα εκτός αυτού του εύρους θα κωδικοποιείται λανθασμένα (όπως συμβαίνει σε παλμικό και έγχρωμο Doppler με PRF). Η παρούσα εργασία, αναφέρεται στην εκτίμηση της ροής του αίματος με τη βοήθεια της μαγνητικής τομογραφίας. Το MR σύστημα απεικόνισης που χρησιμοποιείται, είναι το 1,5 Tesla (Intera 1.5T, Philips Medical Systems, Best) του Αττικού Νοσοκομείου (Β’ Τμήμα Ακτινολογίας). Το CT σύστημα απεικόνισης είναι το 64 Brilliance Philips, το οποίο χρησιμοποιείται για να εκτιμηθεί το ποσοστό της στένωσης. Η πειραματική διάταξη αποτελείται από ένα ομοίωμα ροής, που μιμείται τη ροή του αίματος μέσω των αγγείων κάτω από επιλεγείσες συνθήκες. Οι ακολουθίες (αντίθεσης φάσης) που χρησιμοποιούνται, είναι οι: SQ ροής και η ακολουθία QFP. Η MR τεχνική αντίθεσης φάσης ποσοτικοποιεί και παρουσιάζει ταχύτητες ροής σε πραγματικούς χρόνους. Η αλληλουχία χρησιμοποιεί ένα δισδιάστατο παλμό ραδιοσυχνότητας επιλογής, ακολουθούμενο από κλίσεις ευαισθητοποίησης ροής με μία ηχώ κατά το επίπεδο αναγνώσης. Παρέχει ταυτόχρονη απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο μίας ανατομικής εικόνας αλλά και επίπεδο (εικόνα) δεδομένων ταχύτητας ροής. Με τη ρύθμιση της θέσης και του προσανατολισμού σάρωσης διαδραστικά, μπορεί κανείς να βελτιστοποιήσει το σήμα ροής. Η αναδρομική αναζήτηση των μετρήσεων πραγματοποιείται από τη βάση δεδομένων ενός λογισμικού, ονόματι EVORAD. Το λογισμικό του σταθμού εργασίας παρέχει αυτόματα τις ακόλουθες παραμέτρους: εμβαδόν περιοχής ενδιαφέροντος ROI (cm2), εμβαδόν διατομής αγγείου (cm), παροχή (ml / s), μέσες και μέγιστες ταχύτητες ροής του αίματος (cm / s). Οι γραμμές ενδιαφέροντος LOIs ,προς εκτίμηση των προφιλ ταχύτητας, αντίστοιχα σχεδιάστηκαν στο ImageJ λογισμικό, (κατά την κατακόρυφη και οριζόντια κατεύθυνση, στο επίπεδο του αυλού κάθετα προς τη ροή), και οι μετρήσεις εξάχθηκαν με παρόμοια διαδικασία. Δύο διαφορετικές γεωμετρίες χρησιμοποιήθηκαν: ένα αγγείο από PVC που μιμείται μία υγιή καρωτιδική αρτηρία και ένα στενωμένο γυάλινο αγγείο για την προσομοίωση αρτηριακής παθογένειας. ‘Oσον αφορά το μη στενωμένο PVC αγγείο, η παροχή εκτιμάται ογκομετρικά (για διάφορες τιμές παλμικότητας και τιμές κλάσματος εξόδου της αντλίας) αλλά και μέσω μαγνητικής τομογραφίας (σε ευθεία και κεκλιμένη θέση). Οι VFR τιμές έπειτα συγκρίνονται. Οι MR τιμές μέγιστης ταχύτητας εκτιμήθηκαν επίσης, και απεικονίζονται με προφίλ ταχύτητας. Η διαδικασία είναι παρόμοια για την στενωτικό γυάλινο αγγείο (για διάφορες τιμές παλμικότητας και τιμές κλάσματος εξόδου της αντλίας),σε διαστήματα του 1 εκατοστού, φθάνοντας 4 εκατοστά εκατέρωθεν της στένωσης. Στην σειρά εκτιμήσεων ακολουθεί το ποσοστό της στένωσης. Εκτιμάται τόσο από μαγνητική όσο και αξονική τομογραφία. Τέλος, η μεταβολή της πιέσεως και το κλάσμα σήματος προς θόρυβο, προκειμένου να αξιολογηθεί η απώλεια σήματος λόγω στένωσης. Αναφορικά με το μη στενωμένο αγγείο: Το πρώτο σημαντικό ζήτημα να αναφέρουμε, είναι οι μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή συσχέτισης σε χαμηλά VFRs (Κ.Ε 10% και πίεση 2,5 b), σε 5% ΚΕ, τόσο για 60 όσο και 75 bpm,αλλά και οι μεγαλύτερες τιμές τυπικής απόκλισης στις μεγαλύτερες τιμές VFR (60%, 4.6b). Οι VFR τιμές είναι πράγματι μεγαλύτερες σε 75 bpm σε σύγκριση με εκείνες στις 60 bpm, όπως αναμενόταν. Οι τιμές, δεν δείχνουν σταθερή σχέση μεταξύ VFR και εξόδου της αντλίας (Κ.Ε). Υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές στις τιμές VFR από την κεκλιμένη θέση, στις περιπτώσεις σύγκρισης με οριζόντια θέση. Σημαντικές στατιστικές διαφορές (στο 5% στατιστικής σημασίας), παρατηρούνται και μεταξύ ογκομετρικών και MRI μετρήσεων, αλλά και μεταξύ των SQflow και QFP ακολουθιών (60/20). Οι VFR τιμές δεν συσχετίζονται κατ 'ανάγκην με τις τιμές Vmax, αλλά με τις Vmean. Όσον αφορά τις τιμές Vmax που προέρχονται από τα MRI ROIs και LΟΙs V&Η: υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές στις περιπτώσεις με 5,10% ΡΟ (Κ.Ε), για 60 και 75 bpm, με τιμές υψηλότερες για οριζόντια θέση του αγγείου. Στην περίπτωση στενωμένου αγγείου: Σύγκριση, των τιμών VFR στα 75, 120 bpm, δίνει υψηλότερη ροή στην έξοδο της στένωσης (49.3%, 80%). Στην περιοχή της στένωσης (± 1cm), VFR τιμές είναι σχεδόν σταθερές στην περίπτωση των 120 bpm (0,74%), ενώ η υψηλότερη μεταβολή σημειώνεται στα 75 bpm (133,9%). Η υψηλότερη τιμή εντός της στένωσης VFR σημειώνεται στα 120 bpm (2,06 ml / s). Καθώς αυξάνει η ροή, οι VFR μεταβολές σημειώνονται πιο μακριά (μετά) από τη στένωση. Τα ποσοστά συγκρίσης δείχνουν ότι οι μεγαλύτερες μεταβολές για 60,75, 120 bpm σημειώνονται στην περιοχή της στένωσης (± 1 cm), ενώ για τα 100bpm σε ± 3cm. Όσον αφορά τις τιμές Vmax όπως εξάγονται 4 εκατοστά μετά την στένωση, σε όλες τις περιπτώσεις παλμικότητας είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες 4 εκατοστά πριν από την στένωση. Αυτό μπορεί να υποδηλώνει την εμμονή του jet ροής στα 4 εκατοστά. Στο λαιμό της στένωσης οι τιμές όπως αναμένεται είναι μέγιστες, εφόσον παραμένει στρωτή ροή εντός της στένωσης. Η υψηλότερη τιμή Vmax μεταξύ όλων των εντός της στένωσης τιμών, εμφανίζεται σε 60 bpm. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα ροής της αντλίας, η μέγιστη τιμή εμφανίζεται αργότερα κατά μήκος της στένωσης. Μετά τη στένωση, οι μεταβολές αναμένεται να είναι υψηλότερες σε υψηλότερη παλμικότητα. Τα κάθετα Lois δίνουν υψηλότερες τιμές R2 συντελεστή διαφοροποίησης. Στην κατώτερη ροή (που αντιστοιχεί σε μικρή παλμικότητα 60,75 bpm όπως αναφέρθηκε παραπάνω), παραβολικά προφίλ παρουσιάζονται πριν και μετά την στένωση (2 εκατοστά, 1 εκατοστό πριν και 4 εκατοστά μετά). Σε υψηλότερη ροή, (100,120 bpm), τα παραβολικά προφίλ απεικονίζονται μετά τη στένωση (2-4cm) και στο λαιμό της στένωσης για 100bpm. Η σοβαρότητα της στένωσης υπολογίζεται ως ο ποσοστιαίος λόγος τών τιμών Vmax πριν ή μετά τη στένωση, προς την τιμή της Vmax εντός της στένωσης, αφαιρούμενο από τη μονάδα. Η έξοδος της αντλίας είναι ρυθμισμένη στο 10%, ενώ οι τιμές του ρυθμού ροής κυμαίνοται από 60 έως 120 bpm. Υπολογισμοί των Vmax τιμών γίνονται μέσω ελλειπτικών και γραμμικών περιοχών ενδιαφέροντος. Μετρήσεις παρουσιάζονται επίσης από την αξονική τομογραφία (gold standard) προς σύγκριση. Δεδομένου ότι οι τιμές ταχύτητας μετά τη στένωση είναι λιγότερο αξιόπιστες (λόγω στροβιλισμών), οι Xpre υπολογισμένες τιμές μπορεί να θεωρηθούν αντίστοιχα περισσότερο αξιόπιστες. Καλύτερη συμφωνία (για τις εκτιμήσεις στένωσης) συγκριτικά με τα ROIs αποκτώνται: σε χαμηλή ροή από LOIsV, ενώ σε υψηλότερες ροή από LOIsH. Συνολικά, οι τιμές που προέρχονται από 60 bpm συνεπάγονται μια στένωση του 46% (LOIsH), 98% (LOIsV) και 93% (ROIs), ενώ οι αξονικής τομογραφίας εκτιμήσεις δίνουν 90,2% μέσω στένωσης διαμέτρου και 99% μέσω στένωσης εμβαδού. Η τελευταία, είναι ακριβώς η τιμή που προκύπτει από τη σχέση που περιγράφεται στην μελέτη των Ota et al (2005): Α = D * [2 -(D/100)], όπου D = 0.902 ως εκτιμώμενη μέσω διαμέτρου στένωση. Οι ΔΡ τιμές στα 60 και 100bpm, υπερβαίνουν τις αντίστοιχες σε 75, 120 bpm. Vmax τιμές, υψηλότερες τιμές εντός της στένωσης, παρατηρήθηκαν σε αυτές τις παλμικότητες, δείχνοντας μεγαλύτερη απώλεια ενέργειας πίεσης και μετατροπή αυτής σε κινητική. Οι διακυμάνσεις της πίεσης, σε χαμηλότερες παλμικότητες, ΔΡ είναι πράγματι υψηλότερες. Για τον υπολογισμό των τιμών ΔΡ, η τιμή 4 χρησιμοποιείται για Κ παράγοντα και σαν Vmax τιμές θεωρούνται σε m / s οι τιμές στο λαιμό της στένωσης. Με την ίδια λογική όπως και πριν, υποθέτουμε ότι η τιμή του 15.92mmHg βρέθηκαν σε 60bpm από ROIs είναι η πιο αξιόπιστη. Ένας δεύτερος υπολογισμός του ΔΡ μέσω του Κ = 4,9 οδηγούν σε υψηλότερες τιμές του 5,1%. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο υπολογίστηκε ως δείκτης της απώλειας σήματος όταν ρευστό ρέει κατά μήκος της στένωσης,. Ορθογώνια ROIs έχουν σχεδιαστεί πριν και μετά τη στένωση, έτσι SNR τιμές: πριν της στένωσης είναι υψηλότερα σε αντίθεση με όλες τις αντίστοιχες τιμές μετά. Οι υπολογισμοί οδηγούν σε τιμές: 54,15% (60bpm), 71,08% (75bpm), 68,7% (100bpm) και 72,63% για 120 bpm. Η μεγαλύτερη απώλεια εμφανίζεται στα 120 bpm,όπως αναμένεται και σε φθίνουσα σειρά σε 75, 100 και 60 bpm. Υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες που περιορίζουν όταν πρόκειται να συγκριθεί η μελέτη με κλινικές μετρήσεις ροής, πολλοί από τους οποίους είναι συνδεδεμένοι με τις ιδιότητες της χρησιμοποιούμενης διάταξης (αντλία και ομοίωμα). Σε πολύ χαμηλά κλάσματα εξώθησης της αντλίας, υπήρχε μεταβλητοτητα των αποτελεσμάτων (κακή επαναληψιμότητα) σε μετρήσεις όταν επαναλήφθηκαν αρκετές φορές. Από την άλλη πλευρά σε υψηλό Κ.Ε η πίεση έφθανε στη μέγιστη κλίμακα (μανόμετρου) και, επομένως, αποφεύχθηκε. Οι τιμές Κ.Ε των 5, 10, 20% είναι αρκετά μικρότερες από εκείνες που συνήθως βρίσκονται σε κλινικό περιβάλλον. Έτσι, μια άμεση σύγκριση με in vivo τιμές θα είναι άτοπη. Το αγγείο ομοίωμα διαφέρει από ένα αιμοφόρο αγγείο, αφού το τοίχωμά του είναι άκαμπτο, με υλικό από PVC ή γυαλί, και το ρευστό που μιμείται το αίμα BMF έχει διαφορετικούς χρόνους χαλάρωσης. Επιπλέον, το μέγεθος του χρησιμοποιούμενου ομοιώματος είναι πολύ μικρότερο από εκείνο ενός πραγματικού ασθενή, και μπορεί να οδηγήσει σε μια σημαντική απόκλιση από τις παραλλαγές επιδεκτικότητας σε σαρωμένα υλικά. Συμπερασματικά, μελλοντικά πιο ολοκληρωμένες μελέτες, πρέπει να περιλαμβάνουν μέτρηση ταχύτερης ροής, υψηλότερων Κ.Ε, υψηλότερης έντασης μαγνητικό πεδίο 3Τ, διαφορετικές ακολουθίες και διαδικασίες (στενώσεις, επικλινείς θέσεις, BMFs, αγγεία από διαφορετικά υλικά, ώστε να μιμούνται καλύτερα τις in νίνο συνθήκες και να μειώνουν την επιρροή του φαινομένου μερικού όγκου), ίσως επίσης σύγκριση μεταξύ των διαφόρων τεχνικών, όπως υπερηχογράφημα, αξονική τομογραφία CT. Η διαταραχή στη ροή είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση και την ερμηνεία της ροής σε μια στένωση. Ως εκ τούτου, η πληρέστερη κατανόηση της αλληλεξάρτησης μεταξύ πίεσης, ροής, και των συμπτώματων των καρδιαγγειακών στενώσεων, παραμένει ένα κρίσιμο κλινικό θέμα. Οι νέες εφαρμογές για την αποκατάσταση στένωσης των αρτηριών είναι σε στάδιο συνεχούς ανάπτυξης. Η ρευστομηχανική θα εξακολουθήσει λοιπόν να παίζει σημαντικό ρόλο στη μελλοντική διάγνωση, την κατανόηση, και τη θεραπεία των καρδιαγγειακών παθήσεων.

Το θέμα της παρούσης εργασίας είναι η μελέτη της μη μόνιμης αιματικής ροής στις στεφανιαίες αρτηρίες της καρδιάς σε φυσιολογική κατάσταση, με στένωση καθώς και με αποκατάσταση της ροής με αναστομωτικό κλάδο. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συμπεράσματα από τη διεθνή βιβλιογραφία γύρω από τους παράγοντες που μπορεί να οδηγήσουν στην ανάπτυξη στενώσεων, καθώς και κατευθυντήριες γραμμές για την διαμόρφωση των γεωμετρικών μοντέλων Στο πρώτο κομμάτι γίνεται μία αναφορά στις κυριότερες καρδιαγγειακές παθήσεις, που αποτελούν και την υπ αριθμόν ένα αιτία θανάτου παγκοσμίως. Γίνεται αναφορά στους επεμβατικούς τρόπους αντιμετώπισης της στεφανιαίας νόσου με έμφαση στην αορτοστεφανιαία παράκαμψη (bypass). Ακολουθεί μία σύντομη επισκόπηση της βιβλιογραφίας και εξαγωγή των βασικών συμπερασμάτων που θα αποτελέσουν την βάση για την κριτική των αποτελεσμάτων. Εν συνεχεία επεξηγείται αναλυτικά ο τρόπος με τον οποίο παράγονται τα γεωμετρικά μοντέλα, καθώς και οι περιπτώσεις που αναλύθηκαν. Ακολουθεί ο τρόπος κατασκευής του υπολογιστικού πλέγματος, πάνω στο οποίο επιλύονται οι εξισώσεις Navier- Stokes για ασυμπίεστο ρευστό. Τέλος με βάση τα αποτελέσματα από την εκτέλεση του κώδικα για όλες τις περιπτώσεις γίνεται μία προσπάθεια για εξαγωγή συμπερασμάτων. Εξάγονται με βάση την μελέτη των μοντέλων κάποιες ενδεικτικές κατευθυντήριες γραμμές ως προς το ποιες γεωμετρίες και τρόποι αναστόμωσης τείνουν να ευνοήσουν περισσότερο την ανάπτυξη της αθηρωματικής πλάκας αλλά και ποιες αποκαθιστούν την ροή του αίματος. / The subject of the following thesis is the study of the unsteady blood flow in the coronary arteries of the heart in normal conditions, during stenotic conditions and after restoration of the flow with an anastomotic branch. For this purpose, we use the conclusions from the international literature on the factors that can lead to the further development of stenoses, as well as guidelines on the formation of the geometrical models. In the first part we reference the most significant pathologic conditions of the heart which are the number one leading cause of death world widely. We also mention the invasive techniques with which doctors treat the coronary heart disease, emphasizing on the aorto-coronary bypass technique. Furthermore there is a review on the literature on the subject and extraction of the main conclusions we are going to use in the evaluation of the computational results We continue explaining in detail the way that the geometrical models where produced, as well as the cases which were analyzed. There is also an explanation of the way we constructed the computational grids on which we solve the incompressible Navier – Stokes equations. Finally, based on the computational results we obtain by executing the program for all the different cases we extract the basic conclusions. Based on the study of the models we try to give some basic guidelines regarding which geometries and anastomotic techniques tend to favor the further development of the atherosclerotic plaques , but also which ones restore the blood flow to the normal levels