.: ORİJİNAL ARAŞTIRMA
Non-Invasive Urodynamic Analysis Using the Computational Fluid Dynamics Method Based on MR Images
MR Görüntülerine Dayalı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Yöntemi ile Non-İnvazif Ürodinamik Analiz
Turkiye Klinikleri J Med Sci. 2011;31(5):1186-93
doi: 10.5336/medsci.2010-21420
Makale Dili: EN
Tam Metin
ABSTRACT
Objective: The pressure-flow rate test is invasive. In addition, several nomograms are used and an exact standardization cannot be provided. For this reason, the search for new methods that are called non-invasive by several authorities, and that will provide clinical data similar to urodynamics, is ongoing. The aim of this study is to report a non-invasive, newly developed technique for the assessment of bladder pressure and flow rate using Computational Fluid Dynamics (CFD). Material and Methods: Participants consisted of 10 voluntary males. All data referring to volunteer demographics were recorded. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed for the reconstruction of the bladder. After the MRI process, the peak flow-rates were measured with a uroflowmeter. Using CFD, first, by applying a pressure of 20 cm H2O to the bladder wall the geometry of the bladder was obtained from processing of MR images and flow rates were determined. Secondly, the wall pressures needed to provide flow rates obtained from uroflowmetry were calculated. Results: The average values of the measured flow rate and the computed flow rate were calculated as 21.9 ± 7.8 ml/s and 24.6 ± 2.4 ml/s, respectively. It was found that the flow rates obtained from the uroflowmetry and the flow rates calculated by CFD were consistent with each other (p< 0.05). The average value of the computed bladder pressure was found to be 16.8 ± 9.6 cm H2O. Conclusion: CFD, which is widely used in biomechanical applications as well as engineering problems, was used to simulate the flow inside three dimensional bladder models obtained from MR images. By comparing the results achieved by this method and the results obtained by uroflowmetry, a significant correlation was found. A novel non-invasive alternative method was developed to investigate the pressure-flow rate relationship in the bladder which may also provide a basis for theoretical analysis.
Keywords: Urodynamics; numerical analysis, computer-assisted; magnetic resonance imaging
Objective: The pressure-flow rate test is invasive. In addition, several nomograms are used and an exact standardization cannot be provided. For this reason, the search for new methods that are called non-invasive by several authorities, and that will provide clinical data similar to urodynamics, is ongoing. The aim of this study is to report a non-invasive, newly developed technique for the assessment of bladder pressure and flow rate using Computational Fluid Dynamics (CFD). Material and Methods: Participants consisted of 10 voluntary males. All data referring to volunteer demographics were recorded. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed for the reconstruction of the bladder. After the MRI process, the peak flow-rates were measured with a uroflowmeter. Using CFD, first, by applying a pressure of 20 cm H2O to the bladder wall the geometry of the bladder was obtained from processing of MR images and flow rates were determined. Secondly, the wall pressures needed to provide flow rates obtained from uroflowmetry were calculated. Results: The average values of the measured flow rate and the computed flow rate were calculated as 21.9 ± 7.8 ml/s and 24.6 ± 2.4 ml/s, respectively. It was found that the flow rates obtained from the uroflowmetry and the flow rates calculated by CFD were consistent with each other (p< 0.05). The average value of the computed bladder pressure was found to be 16.8 ± 9.6 cm H2O. Conclusion: CFD, which is widely used in biomechanical applications as well as engineering problems, was used to simulate the flow inside three dimensional bladder models obtained from MR images. By comparing the results achieved by this method and the results obtained by uroflowmetry, a significant correlation was found. A novel non-invasive alternative method was developed to investigate the pressure-flow rate relationship in the bladder which may also provide a basis for theoretical analysis.
Keywords: Urodynamics; numerical analysis, computer-assisted; magnetic resonance imaging
ÖZET
Amaç: Basınç-akım hızı testi invaziftir. Buna ek olarak bazı nomogramlar kullanılmakta ve tam bir standardizasyon sağlanamamaktadır. Bu sebeple, bazı otoriteler tarafından non-invazif olarak adlandırılan ve ürodinamiye benzer sonuçlar verecek arayışlar sürmektedir. Bu çalışmanın hedefi, mesane akım hızı ve basıncının belirlenmesi için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanarak geliştirilen yeni bir tekniği sunmaktır. Gereç ve Yöntemler: Katılımcılar, 10 erkek gönüllüden oluşmuştur. Tüm katılımcı demografi verileri kaydedilmiştir. Mesanenin rekonstrüksiyonu için manyetik rezonans görüntüleme (MRG) uygulanmıştır. MRG işlemi ardından, üroflowmetri ile maksimum akım hızları ölçülmüştür. HAD kullanılarak, öncelikle, geometrisi MR görüntülerinin işlenmesi ile elde edilen mesanenin çeperine 20 cm H2O uygulanarak akım hızları belirlenmiştir. İkinci olarak ise, üroflowmetriden elde edilen akım hızlarını sağlayacak çeper basınçları hesaplanmıştır. Bulgular: Ölçülen akım hızı ve hesaplanan akım hızının ortalama değerleri, sırasıyla, 21.9 ± 7.8 ml/s and 24.6 ± 2.4 ml/s'dir. Üroflowmetriden elde edilen ve HAD'dan hesaplanan akım hızları uyumlu olduğu görülmüştür (p< 0.05). Hesaplanan mesane basıncının ortalama değeri, 16.8 ± 9.6 cm H2O bulunmuştur. Sonuç: Gerek mühendislik problemlerinde, gerekse biyomekanik uygulamalarında sıklıkla kullanılan HAD ile, MR görüntülerinden elde edilen üç boyutlu mesane modelleri içerisindeki akış simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, ürodinami sonuçları ile uyumludur. Mesane içerisindeki basınç-akım hızı ilişkisinin incelenmesinde, yeni, non-invazif ve alternatif bir yöntem geliştirilmiş olup, bu yöntem teorik analizlerde de bir temel oluşturabilir.
Anahtar Kelimeler: Ürodinamikler; sayısal analiz, bilgisayar-yardımlı; manyetik rezonans görüntüleme
Amaç: Basınç-akım hızı testi invaziftir. Buna ek olarak bazı nomogramlar kullanılmakta ve tam bir standardizasyon sağlanamamaktadır. Bu sebeple, bazı otoriteler tarafından non-invazif olarak adlandırılan ve ürodinamiye benzer sonuçlar verecek arayışlar sürmektedir. Bu çalışmanın hedefi, mesane akım hızı ve basıncının belirlenmesi için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanarak geliştirilen yeni bir tekniği sunmaktır. Gereç ve Yöntemler: Katılımcılar, 10 erkek gönüllüden oluşmuştur. Tüm katılımcı demografi verileri kaydedilmiştir. Mesanenin rekonstrüksiyonu için manyetik rezonans görüntüleme (MRG) uygulanmıştır. MRG işlemi ardından, üroflowmetri ile maksimum akım hızları ölçülmüştür. HAD kullanılarak, öncelikle, geometrisi MR görüntülerinin işlenmesi ile elde edilen mesanenin çeperine 20 cm H2O uygulanarak akım hızları belirlenmiştir. İkinci olarak ise, üroflowmetriden elde edilen akım hızlarını sağlayacak çeper basınçları hesaplanmıştır. Bulgular: Ölçülen akım hızı ve hesaplanan akım hızının ortalama değerleri, sırasıyla, 21.9 ± 7.8 ml/s and 24.6 ± 2.4 ml/s'dir. Üroflowmetriden elde edilen ve HAD'dan hesaplanan akım hızları uyumlu olduğu görülmüştür (p< 0.05). Hesaplanan mesane basıncının ortalama değeri, 16.8 ± 9.6 cm H2O bulunmuştur. Sonuç: Gerek mühendislik problemlerinde, gerekse biyomekanik uygulamalarında sıklıkla kullanılan HAD ile, MR görüntülerinden elde edilen üç boyutlu mesane modelleri içerisindeki akış simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, ürodinami sonuçları ile uyumludur. Mesane içerisindeki basınç-akım hızı ilişkisinin incelenmesinde, yeni, non-invazif ve alternatif bir yöntem geliştirilmiş olup, bu yöntem teorik analizlerde de bir temel oluşturabilir.
Anahtar Kelimeler: Ürodinamikler; sayısal analiz, bilgisayar-yardımlı; manyetik rezonans görüntüleme
.: İşlem Listesi