Το πεδίο έρευνας της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η υπολογιστική καρδιολογία και συγκεκριμένα η μέτρηση όγκου δεξιάς κοιλίας με χρήση υπερήχων σε καθετήρα πνευμονικής αρτηρίας (ΚΠΑ) για την αποτελεσματικότερη διαχείριση των βαριά πασχόντων ασθενών. Μέχρι τώρα ο ΚΠΑ μετράει μόνο τις πιέσεις ενδοκοιλοτικά. Τα αποτελέσματα από τη χρήση του δεν είναι επαρκώς ενθαρρυντικά. Έχει βρεθεί ότι για την καλύτερη αντιμετώπιση των βαριά πασχόντων στην μονάδα εντατικής θεραπείας (ΜΕΘ), ή στην μονάδα εμφραγμάτων, ή ακόμα και κατά την προετοιμασία ή τη διάρκεια μιας σοβαρής χειρουργικής επέμβασης, σημαντική παράμετρος πέρα από την πίεση είναι ο τελοσυστολικός και ο τελοδιαστολικός όγκος της δεξιάς κοιλίας. Αυτές οι παράμετροι συνδυαζόμενες με τις πιέσεις, προσφέρουν σαφώς καλύτερη εκτίμηση και αποτελεσματικότερη αιμοδυναμική διαχείριση των βαριά πασχόντων ασθενών με απώτερο στόχο την ελάττωση της νοσηρότητας και θνησιμότητας. Γι’ αυτό το λόγο μοντελοποιήθηκε σύστημα μέτρησης όγκου δεξιάς κοιλίας από εικόνες MRI (μαγνητικού συντονισμού) με προσομοίωση υπερήχων. Επίσης το γεγονός ότι δεν υπάρχει μέθοδος υπολογισμού όγκου ενδοκοιλιακά που να συνδυάζεται με τον δεξιό καθετηριασμό, καθιστά την παρούσα διατριβή ως καινοτόμα αφ’ ενός στον υπολογισμό του όγκου της δεξιάς κοιλίας και αφ’ ετέρου στην διαχείριση της αιμοδυναμικής κατάστασης των βαριά πασχόντων. / The research field of this PhD thesis is the computational cardiology and more specifically the right ventricle’s volume measurement using ultrasound technology on the pulmonary artery catheter (PAC) for the effective management of critically ill patients. Hitherto, right cardiac catheterization with a pulmonary artery catheter provides only intracavity pressure measurements. Several studies showed that the use of PAC in critically illness does not make any effect in patient management. It was found that for the reliable management of critical ill patients in intensive care unit (ICU), or in infarctions unit, or even during serious surgery, pressures, is the right ventricle end-diastolic and end-systolic volume. The combination of those parameters with pressures, provides obviously better estimation and effective hemodynamic management of critically ill patients seeking in mortality and morbidity reduction. For that reason, a right ventricle’s volume measurement system was modeled from cardiac MRIs with ultrasound simulation. The fact that there is not any intraventricular volume calculation method combined with right catheterization, makes this PhD thesis innovative as the right ventricle’s volume and the hemodynamic management of critically ill patients regards.

Οι καρδιαγγειακές παθήσεις αποτελούν την κύρια αιτία θανάτου στις αναπτυγμένες χώρες. Η στένωση σε μία αρτηρία, είτε αυτή προκαλείται από μία πάθηση όπως το ανεύρυσμα, είτε προκαλείται από μία περίδεση, όπως στις περιπτώσεις των συγγενών καρδιοπαθειών, μπορεί να μεταβάλλει σε σημαντικό βαθμό τα χαρακτηριστικά της ροής του αίματος. Η μελέτη της φυσιολογικής παλλόμενης ροής μέσα από στένωση είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη διάγνωση και αντιμετώπιση των αγγειακών νόσων. Το ιατρικό πρόβλημα το οποίο εξετάζουμε στην παρούσα εργασία, είναι η στένωση της πνευμονικής αρτηρίας από περίδεση. Η περίδεση γίνεται προφανώς για να μειωθεί η υψηλή αρτηριακή πίεση και τελικά η ροή του αίματος προς τους πνεύμονες. Πρόκειται για μία χειρουργική μέθοδο αντιμετώπισης συγγενών καρδιοπαθειών. Η περίδεση της πνευμονικής αρτηρίας (pulmonary artery banding - PAB) είτε με συμβατικό τρόπο, ή με την πλέον σύγχρονη μέθοδο μέσω της συσκευής FloWatchTM προκαλεί τη στένωσή της. Με τον συμβατικό τρόπο η στένωση μπορεί να θεωρηθεί αξονικά συμμετρική, ωστόσο με τη χρήση του FloWatchTM είναι μη αξονικά συμμετρική. Έχει αποδειχθεί ότι τόσο η αξονικά συμμετρική, όσο και η μη συμμετρική περίδεση δημιουργεί διαφόρου βαθμού ίνωση του τοιχώματος της πνευμονικής αρτηρίας. Η αναδόμηση της πνευμονικής αρτηρίας είναι πολύ ηπιότερη στην περίπτωση της περίδεσης με το FloWatchTM. Η διαφοροποίηση αυτή έγκειται κυρίως στο ότι η συμβατική περίδεση προκαλεί για συγκεκριμένη μείωση της διατομής ισχυρότερη μείωση της περιμέτρου της διατομής από εκείνης της περίδεσης με το FloWatchTM. Στην παρούσα εργασία γίνεται αναφορά και ανάλυση των διαφόρων περιπτώσεων ροής σε στενώσεις αρτηριών, των συγγενών καρδιοπαθειών και των τεχνικών περίδεσης της πνευμονικής αρτηρίας. Επιπρόσθετα, μελετήθηκαν και υπολογίστηκαν η μόνιμη και η παλλόμενη ροή σε αξονικά συμμετρική 25% στένωση προκαλούμενη από συμβατική περίδεση, καθώς και η μόνιμη και παλλόμενη ροή σε μη συμμετρική 25% στένωση της πνευμονικής αρτηρίας όπως προκαλείται από το FloWatchTM, μέσω των πακέτων Fluent και Gambit. Η υπολογιστική μελέτη του πεδίου ροής περιλαμβάνει την κατανομή ταχυτήτων, τον προσδιορισμό των περιοχών ανακυκλοφορίας, την κατανομή των πιέσεων και την σύγκριση των παραπάνω μεγεθών με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της βιβλιογραφίας. Τέλος, με βάση τα αποτελέσματα γίνεται η σύγκριση των δύο μελετούμενων μεθόδων περίδεσης. Αριθμητικά ρεαλιστικά δεδομένα ελήφθησαν από την καρδιοχειρουργική κλινική του νοσοκομείου Παίδων «Αγία Σοφία». / Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. A stenosis in an artery , caused either by a disease such as an aneurism or by a banding (such as in congenital diseases) can change the characteristics of the blood flow very seriously. The study of the physiological pulsatile flow through a stenosis is very important for the diagnosis and treatment of the arterial diseases. The medical problem which is examined in this study is pulmonary artery stenosis caused by a banding. The banding takes place to reduce the high arterial pressure and finally the blood flow from the heart to the lungs. It is a surgical method used for treatment of congenital heart diseases. The pulmonary artery banding either with the use of the conventional method or the most modern with the use of the FloWatchTM technology causes stenosis of the artery. With the conventional method, stenosis can be considered axially symmetrical while with the use of FloWatchTM it is asymmetrical. It has been proven that both the axially symmetrical and asymmetrical banding cause fibrosis of the pulmonary artery walls of different degrees. The reconstruction of the pulmonary artery is milder where there is banding with FloWatchTM. This differentiation is based mainly on the fact that the conventional banding causes, for a specific decrease of the cross-section, a decrease in the perimeter of the cross-section higher than that of banding with FloWatchTM. In this assignment there is a report of different cases of flow in arterial stenosis, in congenital heart diseases and pulmonary banding techniques. In addition what was studied and appreciated was the steady and pulsatile flow in axially symmetrical 25% stenosis caused by the conventional banding, as well as the steady and pulsatile flow in asymmetrical 25% stenosis of pulmonary artery caused by FloWatchTM with the use of Fluent and Gambit. The numerical study of flow distribution includes velocity distribution, designation of back flow area, distribution of pressure and comparison of these quantities with the results in bibliography. Finally, based on the results, there is a comparison of the two banding methods under study. The numerical realistic data were received from the cardio-surgical clinic of children’s hospital “Aghia Sophia”.