|
| |
|
|
Stress-Strain Analysis of Aortic Aneurysms
Polzer, Stanislav ; Holeček, Miroslav (oponent) ; Horný, Lukáš (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
This thesis deals with abdominal aortic aneurysms and the possibility of using finite element method in assessment of their rupture risk. First part of the thesis is dedicated to an introduction into the problem, description of human cardiovascular system where the abdominal aorta, its anatomy, physiology and pathology is emphasized. There Processes leading to formationing of abdominal aortic aneurysms are also discussed. Risk factors contributing to creation of aneurysms are discussed next. Finally, an analysis of current clinical criteria which determine rupture risk of an abdominal aortic aneurysm is presented and compared with the new maximum stress criterion being currently in development. Main part of the thesis deals with the identification of relevant factors which affect stress and deformation of aneurysmal wall. This is connected with proposals of new approaches leading to predicting the rupture risk more accurately by using finite element stress-strain analysis. The impact of geometry is analyzed first with the conclusion that patient-specific geometry is a crucial input in the computational model. Therefore its routine reconstruction has been managed. Attention is then paid to the branching arteries which were neglected so far although they cause a stress concentration in arterial wall. The necessity of knowing the unloaded geometry of aneurysm is then emphasized. Therefore a macro has been written in order to be able to find the unloaded geometry for any patient-specific geometry of aneurysm. Mechanical properties of both aneurysmal wall and intraluminal thrombus were also experimentally tested and their results were fitted by an isotropic material model. The effect of the material model itself has been also investigated by comparing whole stress fields of several aneurysms. It has been shown that different models predict completely different stresses due to different stress gradients in the aneurysmal wall. The necessity of known collagen fiber distribution in arterial wall is also emphasized. A special program is then presented enabling us to obtain this information. Effect of intraluminal thrombus on the computed wall stress is analyzed in two perspectives. First the effect of its failure on wall stress is shown and also the impact of its poroelastic structure is analyzed. Finally the residual stresses were identified as an important factor influencing the computed wall stress in aneurysmal wall and they were included into patient-specific finite element analysis of aneurysms. Further possible regions of investigation are mentioned as the last part of the thesis.
|
|
| |
|
|
Využití experimentů pro zlepšení úrovně konstitutivních modelů tkání aortálních výdutí
Man, Vojtěch ; Horný,, Lukáš (oponent) ; Rosenberg, Josef (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Předkládaná práce se věnuje problematice aneurysmat břišní aorty (AAA) s přihlédnutím k možnosti využití mechanických zkoušek tkání aortálních výdutí ke zlepšení úrovně jejich konstitutivních modelů. Úvodní část se zabývá úvodem do problematiky, popisu struktury stěny zdravé aorty, jejím hlavním komponentám a degenerativním změnám, které vedou až ke vzniku AAA. Na tento úvod navazuje stručný exkurz do konstitutivního modelování, který se úzce zaměřuje na popis modelů používaných pro popis mechanického chování měkkých tkání. Teoretická část je poté doplněna užším výběrem konstitutivních modelů používaných pro modelování stěny aorty a intraluminálního trombu, společně s publikovanými výsledky, které jsou v závěru této části zhodnoceny a diskutovány. Stěžejní část práce je věnována zkouškám mechanických vlastností arteriálních tkání. Nejprve je představena metodika testování společně s popisem úprav, kterými prošlo vybavení laboratoře, společně s testovacím zařízením. Dále je pozornost zaměřena na výsledky mechanických zkoušek intraluminálního trombu, kde jsou prezentovány výsledky jak z jednoosých tahových zkoušek, tak i z ekvibiaxiálního testování a je zde vyšetřován vliv vzdálenosti ILT od krevního řečiště na mechanické vlastnosti trombu. Další oblast, které je věnována pozornost, je vyšetření vlivu elastázy na změnu mechanických vlastností prasečí aorty. V tomto případě jsou vzorky prasečích aort experimentálně testovány pouze pomocí dvouosých zkoušek a je zde analyzována doba působení elastázy na změnu mechanických vlastností tak, aby výsledná tkáň měla podobnou deformačně-napěťovou odezvu jako tkáň aneurysmatická. Na závěr jsou shrnuty dosažené výsledky experimentálního měření, limitace a také navrženy další možné směry výzkumu.
|
|
|
Definování hlavních materiálových směrů v aneurysmatech abdominální aorty
Bartoňová, Petra ; Slažanský, Martin (oponent) ; Polzer, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá definicemi materiálových směrů na idealizovaných geometrických modelech. Teoretická část je zaměřena částečně na obecné informace spjaté s cévním systémem a aneurysmaty břišní aorty v oblasti anatomie, histologie a chirurgie, poté se soustředí na aneurysma z pohledu biomechanického. Dále je pozornost věnována vytvořenému algoritmu a jeho aplikaci při porovnávání různých definic hlavních materiálových směrů vzhledem k prvnímu hlavnímu napětí. Na závěr jsou vyhodnoceny výsledky MKP analýz s ohledem na další studium této problematiky.
|
|
|
Deformačně napěťová analýza aortálních výdutí
Man, Vojtěch ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na deformačně-napěťovou analýzu aortálních výdutí pomocí softwaru ANSYS. Využívá přitom modely založené na individuální geometrii AAA pěti pacientů získané rekonstrukcí z CT snímků. Do modelu geometrie jsou zahrnuty i odbočující tepny a posouzení jejich vlivu na koncentraci napětí ve stěně AAA je jedním z cílů této práce. Pro analýzu je použit hyperelastický model materiálu, který vychází z materiálových zkoušek lidských aortálních tkání.
|
|
|
Deformačně-napěťová analýza arteriálních aneuryzmat
Tesařová, Petra ; Skácel, Pavel (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této diplomové práce je vytvoření konečnoprvkového modelu aneuryzmatu a provedení napěťově-deformační analýzy stěny aneuryzmatu pomocí softwaru ANSYS. Model geometrie výdutě na břišní aortě vychází z CT snímků konkrétního pacienta. V práci jsou porovnány dva vybrané konstitutivní modely, z nichž každý vychází z jiných mechanických zkoušek provedených na vzorcích lidské arteriální tkáně. Dále je formulována mezní podmínka pro porušování soudržnosti stuktury stěny aneuryzmatu. Na základě výsledků výpočtu napětí ve stěně aneuryzmatu a této podmínky jsou spočítány součinitele bezpečnosti a risk faktory ruptury.
|
|
|
Vliv mechanických vlastností intraluminálního trombu na napjatost v aneurysmatech abdominální aorty
Hřičiště, Michal ; Novák, Kamil (oponent) ; Polzer, Stanislav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou napětí ve stěně aneurysmatu abdominální aorty ve vztahu k různému materiálovému chování intraluminálního trombu. Přítomnost intraluminálního trombu v objemu abdominálního aneurysmatu je velmi častá. Byl zkoumán vliv zanedbání patient-specific mechanických vlastností intraluminálního trombu pacienta na napětí ve stěně aneurysmatu, získaných jako výstup z konečnoprvkové deformačně-napěťové analýzy tohoto aneurysmatu, realizované variační metodou-MKP. Pří výběru metody bylo respektováno systémové pojetí v tom smyslu, že metoda řešení byla vybírána tak, aby co nejvíce respektovala systém podstatných veličin. První část této práce je zaměřena na popis řešené problematiky. Dále se tato část věnuje deskripci kardiovaskulární soustavy člověka se zaměřením na podstatné jevy spojené s aneurysmatem abdominální aorty, popisu jeho charakteristik, mechanických vlastností a rizik spojených s jeho vznikem. Dále se tato práce zabývá základními charakteristikami intraluminálního trombu (anatomie, fyziologie, patologie), jeho strukturou a vlivem na procesy probíhající v abdominálním aneurysmatu. Druhá část je věnována řešení prvního a druhého cíle této práce, kterým jsou provedení rešeršní studie literatury s ohledem na publikované a běžně používané hodnoty mechanických vlastností intraluminálního trombu a provedení dvouosých experimentálních zkoušek vzorků intraluminálních trombů. Experimentální zkoušky byly provedeny za účelem získání pacient-specific mechanický vlastností, které jsou dále použity jako vstupy do konečnoprvkové analýzy. Provedené experimentální testování potvrdilo zanedbatelnost tuhosti vnější části intraluminálního trombu, která již byla popsána v některých studiích, ale jejíž vliv na napětí ve štěně aneurysmatu dosud nebyl zkoumán. Dominantní část této práce je zaměřena na řešení třetího stanoveného cíle, kterým je srovnání napětí ve stěně aneurysmatu, získaných konečnoprvkovým výpočtem, při použití tuhostí intraluminálního trombu získaných z literatury nebo patient-specific hodnot z provedeného experimentálního testování. V této časti je popsána tvorba idealizovaného modelu geometrie, na němž byla provedena analýza vlivu počtu materiálově odlišných vrstev intraluminálního trombu na napětí ve stěně aneurysmatu. Za účelem vytvoření geometrie bylo vytvořeno makro, přiřazující každému elementu konečnoprvkové sítě trombu materiálové vlastnosti, podmíněné vzdáleností od krevního řečiště. Dále je uveden popis tvorby pacient-specific modelu geometrie, konečnoprvkových sítí obou modelů geometrie, modelů materiálů a volby okrajových podmínek. Závěr této části je věnován prezentaci výsledků a jejich statistické analýze. Poslední částí práce je diskuze výsledků a podstatných veličin vstupujících do výpočtového modelování abdominálních aneurysmat a závěr.
|
|
|
Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm
Zemánek, Miroslav ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Tonar,, Zbyněk (oponent) ; Holeček, Miroslav (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
The main objective of this thesis is finite element and experimental modeling of stress-strain states of the soft tissues specially focused on rupture risk of abdominal aortic aneurysm (AAA). The first chapter (chap. 1) summarizes the present state of the mentioned problematic and the major information published in the present-day literature. The key factors for AAA rupture risk decision are also summarized in this chapter. The next chapter (chap. 2) describe the artery wall histology, type of aneurysms and mechanical behavior of artery wall. The second part of the thesis (chap. 3) is focused on experimental modeling of stress-strain states of soft tissues which is necessary for reliable finite element modeling of this behavior. In this chapter a specially designed and produced experimental testing rig is described and the type of tests which is possible to realize with this testing rig. The key factors influencing the stress-strain behavior of the aortic tissue are also summarized and experimentaly tested on porcine thoracic aortas. The new knowledge resulting from experimental testing are summarized at the end of this chapter. The intention of third part (chap. 4) is the mathematical description of the stress-strain behavior of soft tissues, description of frequently used constitutive models and the parameter identification for these constitutive models based on the realized tension tests. The last chapter (chap. 5) is devoted to finite element modeling of the stress-strain states of AAA behavior. First the key factors and assumptions for finite element models creation and evaluation are summarized as well as the material parameters of the constitutive models which are implemented in ANSYS software. Several simulations were realized using hypothetical AAA geometry where the impact of some geometrical parameters change was tested. The backward incremental method using for evaluation of unloading state was designed and tested at real AAA geometry reconstructed from CT scans. Hypertension as one of the key factor for AAA rupture risk was tested using unloaded geometry. The new knowledge and possibilities of finite element modeling are summarized at the end of this thesis. The proposals to next research work is also summarized.
|
|
|
Vliv přítomnosti páteře na napjatost aneurysmatu břišní aorty
Lisický, Ondřej ; Horný,, Lukáš (oponent) ; Polzer, Stanislav (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá deformačně napěťovou analýzou aneurysmatu břišní aorty (AAA) a možností ovlivnění napjatosti při uvažování páteře do výpočtového modelu. Využívá se jednak idealizované geometrie, jednak specifické geometrie deseti pacientů získané ze snímků počítačové tomografie (CT-A). Pro popis chování tkáně stěny AAA a intraluminálního trombu (ILT) bylo využito modelů hyperelastických konstitutivních vztahů. Lepší věrohodnost výsledků byla zajištěna výpočtovou rekonstrukcí nezatíženého stavu geometrie, která se oproti nasnímané konfiguraci mnohdy významně liší kvůli zatížení krevním tlakem při CT snímkování. Statistická analýza byla využita pro zhodnocení dosažených výsledků. Nejvýraznější navýšení maxima napětí na stěně (PWS) bylo 81 %.
|
host ::
RSS.