Termodilüsyon metodu ile tek damarda kan akımı ölçümünün sayısal ve deneysel olarak modellenmesi

Abstract

Termodilüsyon yöntemi, kardiyak output hesap etmek amacıyla uygulamadasıklıkla kullanılan bir ölçüm yöntemidir. Ölçüm sırasında, damar duvarındandolasımdaki kana, radyal ısı geçisinin, metodun güvenilirligi için, önemli olabilecegidüsünüldü. Termodilüsyon yönteminin sonuçları üzerine radyal ısı transferininetkilerini arastırmak için bir sayısal ve bir deneysel model olusturuldu.Sayısal model için 101 adet silindirik kan kompartımanı varsayıldı. Bukompartımanlar kesikli olarak hareket ettirilerek kan akımının benzetisimi yapıldı.Bütün kompartımanların ilk sıcaklıgı 37 °C olarak atandı. lk olarak 51.kompartımanın sıcaklıgı 37 °C'den 0 °C'ye düsürülmüstür. Bu kana soguk solüsyonenjeksiyonunun benzetisimidir. Çevre dokulardan kana ısı geçisi radyal olurkenkomsu kompartımanlar arasında aksiyel ısı geçisi olur. Modelde radyal ve aksiyel ısıldirençler keyfi olarak atandı. 61., 71. ve 81. Kompartımanlarda olusan zamana baglısıcaklık degisiminden termodilüsyon egrileri elde edildi.Deneysel model için, damar modeli olarak, uzunlugu 36 cm, iç çapı 0,6 cmolan silindirik, alüminyum boru kullanıldı. Alüminyum boru üzerinden enjeksiyon veölçüm noktası olarak belirlenen noktalara delikler açıldı. Sabit duvar sıcaklıgı için,alüminyum borunun etrafında 37 °C de bir su dolasımı olusturuldu. Daha düzenli(uniform) ve laminer akısa yakın bir akıs karakteristigi elde edebilmek için damarmodeli, yere dik olarak yerlestirildi. Kan akımının benzetisimi için saf su kullanıldı.Enjeksiyon solüsyonu olarak da saf su seçildi. Farklı enjeksiyon hacimleri vesıcaklıkları için termodilüsyon egrileri elde edildi. Akıs hızları 20 ve 30 ml·s-1 olarakayarlandı.Gerek sayısal gerekse deneysel model sonuçları, gerçek akıs hızı degerininhesaplanan degerden daha küçük oldugunu ve akıs hızının azaldıgı ve/veyaenjeksiyon mesafesinin arttıgı durumlarda sonuçların dogrulugunun azaldıgına isaretediyor. Ayrıca enjeksiyon sıcaklıgı ve hacminin sonuçların dogrulugu üzerine biretkisinin olmadıgını açıkça görünüyor. Daha güvenilir sonuçlar elde etmek için,düzeltme faktörü, termodilüsyon egrisi alanın bir fonksiyonu olarak termodilüsyondenklemine katılabilir. Ayrıca, soguk etkisinin olası biyolojik etkilerinden kaçınmakiçin, enjeksiyon sıcaklıgı vücut sıcaklıgına yakın seçilmelidir.Anahtar kelimeler: termodilüson, kardiyak output, radyal ısı transferi

Thermodilution method has been frequently used for estimation cardiac output.It is considered that radial heat transfer to circulating blood from vascular wall maybe important for the reliability of the method. Here, both a numerical and anexperimental model were constructed to investigate effects of radial heat transfer onthe results of this method.For numerical model, 101 serially cylindrical blood compartments wereassumed in numerical model. Simulation of blood flow were assumed with stepwisemotions of compartments. The initial temperature of the all compartments wasassigned as 37 °C. Firstly, the temperature of 51st compartment was dropped from37 °C to 0 °C to simulate an injection of cold solution. There were occurred axialheat transfers between neighboring compartments as well as radial heat transfers,into the flowing blood from surrounding structure. Radial and axial resistances wereassigned as arbitrary. The thermodilution curves were obtained from time dependenttemperature changes of 61st, 71st and 81st compartments.For experimental modeling, a cylindrical aluminum pipe with 36 cm length and0.6 cm diameter, was used for vessel model. On the aluminum pipe, holes weredrilled in order to cold inject solution and to measure temperature change. To obtaina constant wall temperature at 37 °C, a water circulation around of aluminum pipewas performed. The vessel model was placed as vertical to ground to obtain moreuniform and laminar flow characteristic. Distillated water was used to simulate bloodflow. Injection solution was also distillated water. Thermodilution curves wereobtained for different injectate volume and temperature. Flow rates were adjusted as20 and 30 ml/s.The both numerical and experimental model results indicated that calculatedvalue of flow rate smaller than real value, when the flow rate was declined and/ordistance between injection point and measurement point was increased. In addition,these were showed that there is no effect of injection temperature and volume on theaccuracy of results to obtain to more reliable results, correction factor might beincorporated to the equation of thermodilution method, as a function of the area of thermodilution curve. Furthermore, injectate temperature might be chosen to be nearto body temperature to avoid possible biological effect of cold solution.Keywords: thermodilution, cardiac output, radial heat transfer