Biomechanical analysis and mathematical modeling of the human esophageal function = İnsan yemek borusunun biomekanik analizi ve matematiksel modellenmesi

Abstract

Bu tezde, temel prensipleri ve nümerik yöntemleri, insan yemek borusunun normal yutma boyunca mekanik fonksiyonlarını araştırmak için uyguladik. Asil amacımız, insan yemek borusunu karakterize etmek ve anlamaktir. Bu amaca ulaşmak için 3 ayrı birbirleriyle bağlantılı çalışma yaptik; (/) biolojik data analizi, normal yutma boyunca kaydedilen manometrik datadan lokma hareketini, yemek borusunun duvarlarının hareketini ve normal yutmayı inceledik, (2) normal yutma boyunca yemek borusunun içindeki akışla kaslardaki gerilme arasinda bir ilişki aramak için akışkanlar ve katı mekaniğini birleştirdik, (5) kaslardaki gerilmelerden yemek borusunun duvarlarının aldığı şekli hesapladık. Akışkanlar ve katı mekaniğini birleştirmeyi denedik. Bu konuda yeterli çalışma literatürde bulunmamaktadır. Bu amaç için bir matematik model geliştirdik. Bu model bize yemek borusu duvarlarındaki (kaslardaki) gerilmeyi hesaplama imkani vermektedir. Son kısımda kaslardaki gerilmelerden yola çıkarak yemek borusunun yutma boyunca aldığı şekli hesapladık. Bu yolla, radiolojik resmin olmamasına rağmen sadece manometrik datalan kullanarak yemek borusunun fonksiyonlarını yorumlama ve daha iyi anlama firsatini elde ettik.

In this thesis we applied basic principles and numerical models to study the mechanical function of the human esophagus during normal swallowing. The primary aim is to characterize and understand the mechanics of the human esophagus. To reach this goal, three interconnected study have been carried out: (J) analysis of biological data to quantify the relationship among bolus motion, motions of anatomical features and normal swallowing, (2) a fluid and solid mechanics study to find out relationship between flow and tension in the muscle wall of the esophagus of normal swallowing, (5) to predict wall geometry from tension in the muscle wall. biological data analysis is performed from the recorded manometrical data, which is collected during swallowing. We find out several functions of the human esophagus from this analysis. To interpret only manometrical data without radiographic images have lots of difficulties. Limited information can be from manometry. We attempted to combine fluid and solid mechanics. There is not enough study about combination of fluid and solid mechanics in the literature. We developed a mathematical model for this purpose. This model gave us ability to calculate tension in the muscle wall directly from wall geometry. In the last part of this study, we attempt to predict wall geometry during swallowing. We predicted wall geometry from tension. This study gives us opportunity to interpret and understand in detail esophageal functions in the absence of radiography.