Pemodelan Matematika Aliran Darah Pada Penyempitan Pembuluh Darah Retina

Fatahillah, Arif (2025) Pemodelan Matematika Aliran Darah Pada Penyempitan Pembuluh Darah Retina. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7002221002-Dissertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (40MB) | Request a copy

Abstract

Oklusi Arteri Retina (RAO) merupakan kondisi penyempitan atau penyumbatan pembuluh darah di retina yang dapat mengakibatkan gangguan penglihatan serius, bahkan kebutaan mendadak, dan sering kali dihubungkan dengan risiko stroke mata. Salah satu faktor krusial yang memengaruhi dinamika aliran darah dalam kasus ini adalah bentuk dan karakteristik geometri stenosis atau penyempitan pembuluh darah. Bentuk stenosis yang asimetris lebih mencerminkan kondisi patologis nyata dibandingkan bentuk simetris, karena ketidakteraturan pada dinding pembuluh darah sering dijumpai pada pasien dengan gangguan vaskular retina. Namun, hingga kini, belum terdapat studi numerik komprehensif yang menganalisis pengaruh variasi bentuk stenosis asimetris dalam model aliran darah retinal. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengembangkan dan menganalisis model aliran darah melalui tiga bentuk stenosis asimetris: Bell-Cosine, Cosine-Elliptical, dan Bell-Elliptical, untuk mengevaluasi dampaknya terhadap distribusi tekanan dan kecepatan aliran darah. Penelitian ini menggunakan pendekatan numerik berbasis metode Finite Volume untuk membangun model aliran darah pada pembuluh retina dengan geometri stenosis asimetris. Penyelesaian model dilakukan menggunakan algoritma SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) yang diimplementasikan dalam MATLAB untuk analisis kuantitatif, seperti distribusi kecepatan dan tekanan secara numerik. Sebagai pelengkap, simulasi tambahan dilakukan menggunakan ANSYS Fluent untuk memperoleh visualisasi kualitatif aliran dan pola distribusi fluida secara lebih detail. Validasi hasil simulasi dari kedua platform dilakukan dengan membandingkannya terhadap data dari penelitian sebelumnya yang relevan, guna memastikan kesesuaian model dengan kondisi fisik dan fenomena yang telah tervalidasi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa profil kecepatan tinggi dan gangguan aliran minimal cenderung terjadi di awal area stenosis pada semua bentuk geometri. Tekanan maksimum terdeteksi pada bagian stenosis dengan sudut tajam, yang menyebabkan perubahan arah aliran secara mendadak. Bentuk Cosine-Elliptical menghasilkan kecepatan aliran tertinggi dan berpotensi menimbulkan risiko kerusakan dinding pembuluh paling besar. Sebaliknya, bentuk Bell-Cosine menghasilkan tekanan tertinggi namun dengan pola aliran yang lebih merata dan stabil. Ketebalan stenosis sangat memengaruhi perilaku aliran; peningkatan dari 45% menjadi 90% menyebabkan penurunan tekanan yang signifikan dan peningkatan kecepatan. Panjang stenosis lebih berpengaruh pada luas area laminar dibandingkan nilai puncak aliran. Sementara itu, posisi awal stenosis juga berperan dalam pola distribusi tekanan dan kecepatan, di mana bentuk Cosine-Elliptical menunjukkan pemulihan aliran yang paling lambat. Temuan ini memberikan kontribusi awal dalam pengembangan model numerik stenosis asimetris dan membuka peluang untuk integrasi data citra medis serta validasi eksperimental dalam aplikasi klinis
===================================================================================================================================
Retinal Artery Occlusion (RAO) is a condition characterized by the narrowing or blockage of blood vessels in the retina, which can lead to severe visual impairment or sudden blindness, and is often associated with an increased risk of ocular stroke. One of the critical factors influencing blood flow dynamics in such cases is the shape and geometric characteristics of the stenosis or vascular narrowing. Asymmetric stenosis more accurately reflects real pathological conditions compared to symmetric forms, as irregularities in the vessel walls are commonly observed in patients with retinal vascular disorders. However, to date, no comprehensive numerical study has investigated the influence of asymmetric stenosis geometry variations on retinal blood flow models. Therefore, this study aims to develop and analyze blood flow models through three types of asymmetric stenosis geometries Bell-Cosine, Cosine-Elliptical, and Bell-Elliptical to evaluate their effects on the distribution of pressure and flow velocity in the retinal arteries. This study employs a numerical approach based on the Finite Volume Method to construct a blood flow model in retinal vessels with asymmetric stenosis geometry. The model is solved using the SIMPLE algorithm (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations), implemented in MATLAB for quantitative analysis, such as the numerical distribution of velocity and pressure. Additionally, supplementary simulations are conducted using ANSYS Fluent to provide qualitative visualization of flow patterns and fluid distribution in greater detail. The simulation results from both platforms are validated by comparing them with relevant data from previous studies, in order to ensure that the developed model aligns with validated physical conditions and observed flow phenomena. The simulation results indicate that high-velocity profiles and minimal flow disturbances tend to occur near the initial region of the stenosis across all geometric configurations. The maximum pressure is observed in areas with sharp angles within the stenosis, which trigger abrupt changes in flow direction. The Cosine–Elliptical shape produces the highest flow velocity, posing the greatest potential risk of vascular wall damage. In contrast, the Bell–Cosine shape generates the highest pressure but exhibits a more uniform and stable flow pattern. Stenosis thickness significantly affects flow behavior; increasing the thickness from 45% to 90% results in a notable pressure drop and a rise in flow velocity. The length of the stenosis has a greater impact on the extent of the laminar flow region than on peak values of velocity and pressure. Furthermore, the initial position of the stenosis also influences the distribution patterns of pressure and velocity, with the Cosine–Elliptical model showing the slowest recovery of normal flow. These findings provide an initial contribution to the numerical modeling of asymmetric stenosis and offer potential for further development through the integration of medical imaging data and experimental validation in clinical applications.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Stenosis Retina, Metode Volume Hingga, Algoritma SIMPLE
Subjects:	Q Science > QA Mathematics > QA401 Mathematical models. Q Science > QA Mathematics > QA911 Fluid dynamics. Hydrodynamics
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Mathematics > 44002-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Arif Fatahillah
Date Deposited:	25 Jul 2025 05:53
Last Modified:	29 Jul 2025 07:15
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/121405

Actions (login required)

View Item