|
|
Stress-Strain Analysis of Aortic Aneurysms
Polzer, Stanislav ; Holeček, Miroslav (referee) ; Horný, Lukáš (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato práce se zabývá problematikou aneurysmat břišní aorty a možností využít konečnoprvkovou deformačně-napěťovou analýzu těchto aneurysmat ke stanovení rizika ruptury. První část práce je věnována úvodu do problematiky, popisu kardiovaskulární soustavy člověka s důrazem na abdominální aortu, anatomii, fyziologii a patologii stěny tepny s důrazem na procesy vedoucí ke vzniku aneurysmatu. Dále se práce věnuje rizikovým faktorům přispívajících ke vzniku aneurysmat spolu s analýzou současných klinických postupů ke stanovení rizika ruptury spolu se srovnáním navrhovaného kritéria maximálního napětí. Dominantní část této disertace je věnována identifikaci faktorů ovlivňujících napjatost a deformaci stěny aneurysmatu spolu s návrhem nových postupů, prezentací vlastních poznatků vedoucích ke zpřesnění určení rizika ruptury pomocí deformačně- napěťové analýzy a metody konečných prvků. Nejprve je analyzován vliv geometrie, vedoucí k závěru, že je nezbytné používání individuálních geometrií pacienta. Dále je pozornost zaměřena na odbočující tepny, které ve stěně působí jako koncentrátor napětí a mohou tedy ovlivňovat napjatost v ní. Jako další podstatný faktor byl identifikován vliv nezatížené geometrie a bylo napsáno makro pro její nalezení, které bylo opět zahrnuto jako standardní součást do výpočtového modelu. Mechanické vlastnosti jak stěny aneurysmatu, tak intraluminálního trombu jsou experimentálně testovány pomocí dvouosých zkoušek. Také je zde analyzován vliv modelu materiálu, kde je ukázáno, že srovnávání maximálních napětí u jednotlivých modelů materiálu není vhodné díky zcela rozdílným gradientům napětí ve stěně aneurysmatu. Dále je zdůrazněna potřeba znalosti distribuce kolagenních vláken ve stěně a navržen program k jejímu získání. Intraluminální trombus je analyzován ve dvou souvislostech. Jednak je ukázán vliv jeho ruptury na napětí ve stěně a jednak je analyzován vliv jeho poroelastické struktury na totéž. Posledním identifikovaným podstatným faktorem je zbytková napjatost ve stěně. Její významnost je demonstrována na několika aneurysmatech a i tato je zahrnuta jako integrální součást do našeho výpočtového modelu.Na závěr jsou pak navrženy další možné směry výzkumu.
|
|
|
Computational study of the impact of disorders in excitation propagation on left ventricular contraction
Vaverka, Jiří ; Rohan,, Eduard (referee) ; Horný, Lukáš (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato disertační práce se zabývá výpočtovým modelováním kontrakce levé srdeční komory pomocí metody konečných prvků. Primárním cílem práce je vyhodnotit vliv blokády levého Tawarova raménka na ejekční frakci komory. Dále je vyšetřován dopad blokády na pohyby komory během srdečního cyklu, na lokální hodnoty přetvoření a na rozložení napětí ve stěně. Průběh elektrické aktivace jak zdravé komory, tak i komory s blokádou je modelován pomocí monodoménové rovnice svázané s pseudo-modelem buněčné membrány, který byl navržen za účelem snížení výpočetní náročnosti monodoménové rovnice. Rychlost šíření vzruchu v myokardu je uvažována ortotropní. Vypočítané časové průběhy elektrické aktivace ukazují, že blokáda levého Tawarova raménka prodlužuje dobu depolarizace komory o 50 %, což je v souladu s udávanými délkami trvání QRS komplexu na EKG u zdravých jedinců a u pacientů s blokádou. Průběhy elektrické aktivace jsou následně využity v simulacích kontrakce komory pro předepsání počátku kontrakce jednotlivých prvků sítě. Pasivní mechanická odezva myokardu je v těchto simulacích popsána pomocí ortotropního hyperelastického modelu. Aktivní napětí vyvolané svalovou kontrakcí je do modelu zahrnuto prostřednictvím časově závislého tenzoru aktivního přetvoření. Do počáteční konfigurace modelu, reprezentující stav komory na konci diastoly, je před zahájením kontrakce zahrnuto předpětí odpovídající end-diastolickému tlaku v komoře. Časový průběh komorového tlaku během ejekční fáze je modelován pomocí dvouparametrického modelu Windkessel. Výsledky simulací ukazují, že blokáda levého Tawarova raménka nesnižuje významně čerpací schopnost komory. Predikovaný pokles ejekční frakce v důsledku blokády činí pouze 2,3 %, což je v souladu s některými publikovanými klinickými výsledky. Vypočítané časové průběhy posuvů a přetvoření ve vybraných místech modelu taktéž vykazují některé charakteristiky popisované klinickými nebo experimentálními studiemi. V oblasti mezikomorového septa byly pozorovány výrazně vyšší hodnoty napětí než v ostatních částech komory; tyto výsledky však bude nutné ověřit dalšími výpočty, neboť v současném modelu není septum zatíženo silovými účinky vyvolanými kontrakcí pravé komory.
|
|
|
Analysis of spontaneous collapse in elastic tubes
Netušil, Marek ; Maršík, František (advisor) ; Horný, Lukáš (referee)
Interaction of fluid with elastic tube is complicated issue studied by many scientific departments around the world. Object of this thesis is to analyze simplified one-dimensional model. At the beginning, used balance equations and basics of hyper-elasticity are presented. Then we review three most common materials used for the description of blood vessels and other soft tissues. For these materials we introduce a method which we use to derive a relation between tube deformation and transmural pressure (i.e. difference between inner and outer pressure). In mathematical section we give brief review of theory of nonlinear hyperbolic equations and some relatively new results in the field of existence and uniqueness of a solution of one-dimensional hyperbolic system. The "building stone" of these results is a solution of the so-called Riemann problem. We use a method for finding exact solutions to the Riemann problem to analyze studied model of fluid-tube interaction and study dependence of the qualitative behavior of the solution on the material properties of the tube wall.
|
|
|
Microscopic structura and mechanical properties of aorta and pulmonary artery
Kubíková, Tereza ; Tonar, Zbyněk (advisor) ; Kučera, Tomáš (referee) ; Horný, Lukáš (referee)
Introduction: This dissertation thesis consists of seven studies, the common aim of which was to describe the functional histology of the aorta and some of its branches, as well as the pulmonary artery. The thesis focuses on analysis of the microscopic composition of various segments of the porcine aorta during ontogenesis as an experimental model, as well as cryopreserved samples of human aorta, pulmonary artery and their valves. Further it assesses damage to the renal artery during its denervation, and evaluates cell colonization of synthetic vascular substitutes after their implantation into the abdominal aortas of mice. The introduction gives an overview of the structure of the aorta and pulmonary artery and their valves, selected diseases affecting large vessels, and histological and biomechanical methods used for their characterization. Methods: We used the paraffin section method with basic and advanced stains, immunohistochemical detection of antigens (α-smooth muscular actin, desmin, vimentin, chondroitin sulfate, von Willebrand factor, neurofilament protein, tyrosine hydroxylase) and biomechanical tests (uniaxial tensile tests) for determination of ultimate strain, ultimate stress and Young's modulus of elasticity. We used stereological methods based on the interaction of test grids of...
|
|
| |
|
|
Microscopic structura and mechanical properties of aorta and pulmonary artery
Kubíková, Tereza ; Tonar, Zbyněk (advisor) ; Kučera, Tomáš (referee) ; Horný, Lukáš (referee)
Introduction: This dissertation thesis consists of seven studies, the common aim of which was to describe the functional histology of the aorta and some of its branches, as well as the pulmonary artery. The thesis focuses on analysis of the microscopic composition of various segments of the porcine aorta during ontogenesis as an experimental model, as well as cryopreserved samples of human aorta, pulmonary artery and their valves. Further it assesses damage to the renal artery during its denervation, and evaluates cell colonization of synthetic vascular substitutes after their implantation into the abdominal aortas of mice. The introduction gives an overview of the structure of the aorta and pulmonary artery and their valves, selected diseases affecting large vessels, and histological and biomechanical methods used for their characterization. Methods: We used the paraffin section method with basic and advanced stains, immunohistochemical detection of antigens (α-smooth muscular actin, desmin, vimentin, chondroitin sulfate, von Willebrand factor, neurofilament protein, tyrosine hydroxylase) and biomechanical tests (uniaxial tensile tests) for determination of ultimate strain, ultimate stress and Young's modulus of elasticity. We used stereological methods based on the interaction of test grids of...
|
|
|
Analysis of spontaneous collapse in elastic tubes
Netušil, Marek ; Maršík, František (advisor) ; Horný, Lukáš (referee)
Interaction of fluid with elastic tube is complicated issue studied by many scientific departments around the world. Object of this thesis is to analyze simplified one-dimensional model. At the beginning, used balance equations and basics of hyper-elasticity are presented. Then we review three most common materials used for the description of blood vessels and other soft tissues. For these materials we introduce a method which we use to derive a relation between tube deformation and transmural pressure (i.e. difference between inner and outer pressure). In mathematical section we give brief review of theory of nonlinear hyperbolic equations and some relatively new results in the field of existence and uniqueness of a solution of one-dimensional hyperbolic system. The "building stone" of these results is a solution of the so-called Riemann problem. We use a method for finding exact solutions to the Riemann problem to analyze studied model of fluid-tube interaction and study dependence of the qualitative behavior of the solution on the material properties of the tube wall.
|
|
|
Stress-Strain Analysis of Aortic Aneurysms
Polzer, Stanislav ; Holeček, Miroslav (referee) ; Horný, Lukáš (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato práce se zabývá problematikou aneurysmat břišní aorty a možností využít konečnoprvkovou deformačně-napěťovou analýzu těchto aneurysmat ke stanovení rizika ruptury. První část práce je věnována úvodu do problematiky, popisu kardiovaskulární soustavy člověka s důrazem na abdominální aortu, anatomii, fyziologii a patologii stěny tepny s důrazem na procesy vedoucí ke vzniku aneurysmatu. Dále se práce věnuje rizikovým faktorům přispívajících ke vzniku aneurysmat spolu s analýzou současných klinických postupů ke stanovení rizika ruptury spolu se srovnáním navrhovaného kritéria maximálního napětí. Dominantní část této disertace je věnována identifikaci faktorů ovlivňujících napjatost a deformaci stěny aneurysmatu spolu s návrhem nových postupů, prezentací vlastních poznatků vedoucích ke zpřesnění určení rizika ruptury pomocí deformačně- napěťové analýzy a metody konečných prvků. Nejprve je analyzován vliv geometrie, vedoucí k závěru, že je nezbytné používání individuálních geometrií pacienta. Dále je pozornost zaměřena na odbočující tepny, které ve stěně působí jako koncentrátor napětí a mohou tedy ovlivňovat napjatost v ní. Jako další podstatný faktor byl identifikován vliv nezatížené geometrie a bylo napsáno makro pro její nalezení, které bylo opět zahrnuto jako standardní součást do výpočtového modelu. Mechanické vlastnosti jak stěny aneurysmatu, tak intraluminálního trombu jsou experimentálně testovány pomocí dvouosých zkoušek. Také je zde analyzován vliv modelu materiálu, kde je ukázáno, že srovnávání maximálních napětí u jednotlivých modelů materiálu není vhodné díky zcela rozdílným gradientům napětí ve stěně aneurysmatu. Dále je zdůrazněna potřeba znalosti distribuce kolagenních vláken ve stěně a navržen program k jejímu získání. Intraluminální trombus je analyzován ve dvou souvislostech. Jednak je ukázán vliv jeho ruptury na napětí ve stěně a jednak je analyzován vliv jeho poroelastické struktury na totéž. Posledním identifikovaným podstatným faktorem je zbytková napjatost ve stěně. Její významnost je demonstrována na několika aneurysmatech a i tato je zahrnuta jako integrální součást do našeho výpočtového modelu.Na závěr jsou pak navrženy další možné směry výzkumu.
|
|
|
Water hammer experiment in artificial blood vessel
Hromádka, D. ; Horný, L. ; Žitný, R. ; Chlup, Hynek
This paper presents a water hammer experiment performed on an artificial blood vessel and the latex tube. Artificial blood vessel was manufactured from latex tubes and textile rubber bands. These bands were wound on outer surface of latex tube and they imitated reinforcing effect of collagen fibres. Mathematical model describes pulsation of pressure after instantaneous closing of valve at outlet of pipeline a part of which is a short elastic tested tube. It is shown that the observed pressure responses can be approximated by a simplified mathematical model assuming linear relationship between internal pressure and inflated volume.
|
|
|
Residual Strains of Arteries as Forensic Index
Adámek, T. ; Horný, L. ; Chlup, Hynek ; Žitný, R.
It has been known for long time that arteries are pre-strained in situ. These residual strains play crucial role in arterial load-bearing capacity. However, to the best of authors’ knowledge they have never been considered from forensics point of view. This paper concerns a possibility of employing the longitudinal pre-strain of human aortas as an indicator of human subject age. Lengths of abdominal aorta were measured within autopsies before and after segment resection. Longitudinal stretch ratio was calculated for 45 male and 12 female cadavers. It was found that both male and female data samples give approximately the same mean of the stretch ratio = 1.2. The correlation coefficients between the pre-strain and age were R=-0.7926, R=-0.8684 in male and female samples, respectively. Linear regression equation with confidence intervals was employed. The correlation between pre-strain and age seems to be suitable statistics to be used in forensic sciences.
|
guest ::
