|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Stress-strain analysis of aortic aneurysms
Polzer, Stanislav ; 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.
|
host ::
RSS.