|
|
Analysis of Influence of Collagen Organization on Mechanical Properties of Arteries
Novák, Kamil ; Daniel, Matej (referee) ; Vimmr, Jan (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This dissertation thesis concerns with Analysis of Influence of Collagen Organization on Mechanical Properties of Arteries and it is divided into three main parts. Motivation for this dissertation thesis was in a study reviewing effect of material model upon resulting stresses in AAA. The effect was calculated in 70 patient-specific geometries of AAA, which exceeds the number of geometries in other scientific papers by one order. Within this study, two material models were used, i.e. real one and 100× stiffer, and obtained stresses were mutually compared. It was quantified that peak stress difference can be higher than 20 % in 10% of patients and therefore the real material model should be preferred over the artificial one although operation with this model is more demanding. The second part of this thesis deals with an identification of structural parameters (orientation and dispersion of collagen fibres) of porcine aortic tissue by using adjusted Fast Fourier Transform based algorithm. The extracted structural parameters were inserted into two-layer structure-motivated constitutive model Martufi-Gasser. This model was validated and its predictive capabilities were also tested with fine results. The most important information obtained from the digital image processing of ~9000 micrographs is existence of only one family of dispersed collagen fibres which breaks the current dogma present in many scientific papers about two families of collagen fibres. The third part concerns with a proposal of an automated phase-correlation based algorithm for obtaining collagen fibre direction from polarized light microscopy images. The proposed algorithm was verified and validated and it yields histograms of collagen fibre directions with overall number of measured points larger than it would be possible to get from any manual measurement. The limitation of the original proposed algorithm is in 90° period of polarized light intensity, thus the method results in angles in the range of 0°–90. Therefore the end of the thesis is dedicated resolving this problem and obtaining real angles in a span of 0°–180°. To this end, the microscope set-up was changed and the algorithm was adjusted accordingly. The original and the adjusted algorithms are collagen-specific, fast and an operator independent. Despite all the author´s effort put into collagen fibre waviness quantification directly from the histograms, the waviness has not been quantified yet in this way and it remains at the stage of research.
|
|
|
Analysis of Influence of Blood Flow and Arterial Geometry on Pathological Processes in Arteries
Jagoš, Jiří ; Rudolf, Pavel (referee) ; Jonášová,, Alena (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Se zvyšující se průměrnou délkou života a nezdravým životním stylem se velmi úzce pojí zvýšený výskyt kardiovaskulárních chorob. Většina z těchto nemocí je asymptomatických. Je zde tedy velká snaha rozpoznat tato onemocnění časně, dokud je možné je léčit konzervativně pomocí změny životního stylu či různých léků. Pokud se nemoc objeví až v pozdním stádiu, je nutná často velmi riziková operace. Stále se velmi často stává, že u pacienta v rizikové skupině se kardiovaskulární choroba nerozvine, a naopak u toho, který v rizikové skupině dle stávajících kritérií není, ano. Výpočtové modelování kardiovaskulárního systému je jedním z mnoha způsobů, které mohou pomoci se sofistikovanější indikací osob, u kterých je zvýšené riziko vývoje těchto chorob. V práci byly nejprve úspěšně validovány výsledky numerického modelu pulzujícího proudění v tuhé a elastické trubici skrze rychlostní profily. Podmínky experimentu byly záměrně voleny tak, aby byly blízké podmínkám v lidské aortě. Další část práce je věnována výběru a implementaci okrajových podmínek pro numerické modely pulzujícího proudění v lidských tepnách. První přístup pomocí určení rychlosti šíření pulzní vlny v tepně a následné časové korekci mezi vstupní a výstupní okrajovou podmínkou je poměrně jednoduchý, nicméně přímo předepisuje tvaru tlakové nebo průtokové vlny pro každý vstup a výstup z modelu a jeho prediktivní vlastnosti jsou tímto výrazně omezené. Jeho další nevýhodou je aplikovatelnost pouze pro simulace proudění, které uvažují poddajnost stěny. V případě simulace proudění s tuhou stěnou časovou korekci vstupní a výstupní okrajové podmínky nelze provést. Zde v práci byl tento přístup využitý v simulacích, které uvažují vzájemnou interakci stěny tepny s kapalinou, při prověřování potenciálního rizikového faktoru úhlu ilických tepen na rozvoj aneurysmatu abdominální aorty (AAA). Ukázalo se, že pro velký (ale stále fyziologický) rozsah úhlu ilických tepen nedochází ke zvýšení tlaku v aortě. Dále byl prověřen vliv poměru průřezů ilických tepen vůči průřezu aorty, u kterého se prokázal výrazný vliv na zvýšení tlaku v aortě. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním, které ukazují, že lidé po amputaci dolní končetiny, nebo lidé se stenózou v ilické tepně mají významně zvýšené riziko vzniku AAA. V závěrečné části byl zkoumán vliv tvaru průtokové vlny v lidské karotidě na vznik aterosklerózy. Bylo zrekonstruováno pět geometricky odlišných karotických bifurkací ze „zdravých“ starších pacientů. Reprezentativní vstupní okrajové podmínky průtoků pro staršího i mladého jedince byly převzaty z literatury. Výstupní okrajové podmínky pro interní a externí karotidu byly reprezentovány tří parametrickým Windkessel modelem. Parametry Windkessel modelu byly iteračním postupem odladěny tak, aby průběh průtokové vlny v interně byl v souladu s průběhem v literatuře. Tyto okrajové podmínky vystihují chování periferie velmi věrohodně. Navíc vykazují výrazně vyšší numerickou stabilitu a predikční vlastnosti než prvně zmíněný přístup. Analýzou výsledků bylo zjištěno že proudění v karotidě u zdravé starší osoby vykazuje výrazné snížení časově průměrovaného smykového napětí na stěně tepny vůči osobě mladé, což indikuje zvýšené riziko vzniku aterosklerózy. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním a rozšiřují dosavadní znalosti o mnohem hlubší analýzu. Je zde také diskutován případný přínos antihypertenziv a pravidelného cvičení.
|
|
|
Intracranial aneurysm detection in TOF-MRI data
Vývoda, Jan ; Vičar, Tomáš (referee) ; Jakubíček, Roman (advisor)
Práce obsahuje teoretický přehled informací o intrakraniálních aneurysmatech, jejich diagnostice a terapii. Dále shrnuje metody detekce objektů jak klasickými metodami, tak metodami strojového učení a také obsahuje stručný popis některých metod detekce intrakraniálních aneurysmat. V praktické části je vyhodnoceno a porovnáno několik navrhnutých postupů segmentace a detekce těchto aneurysmat pomocí neuronové sítě U-net.
|
|
|
Analysis of pulse wave propagation in aorta
Holubář, Oldřich ; Janíček, Přemysl (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This master thesis is focused on usage of monitoring pulse wave propagation in aortic system in a field of diagnostic abdominal aortic aneurysm (AAA). There is a description of cardio-vascular system and its pathology in a form of AAA. A summarization of temporary diagnostic method was created and some new methods were proposed. This new methods presume monitoring of pulse wave propagation. Fluid structure interaction (FSI) analyses of pulse wave propagation were performed on simplified models of geometry which representing specific sections of aorta. The goal of these analyses was to prove usage of FSI method in a future development of proposed diagnostic methods.
|
|
|
Intracranial aneurysm detection in TOF-MRI data
Vývoda, Jan ; Vičar, Tomáš (referee) ; Jakubíček, Roman (advisor)
Práce obsahuje teoretický přehled informací o intrakraniálních aneurysmatech, jejich diagnostice a terapii. Dále shrnuje metody detekce objektů jak klasickými metodami, tak metodami strojového učení a také obsahuje stručný popis některých metod detekce intrakraniálních aneurysmat. V praktické části je vyhodnoceno a porovnáno několik navrhnutých postupů segmentace a detekce těchto aneurysmat pomocí neuronové sítě U-net.
|
|
|
Mixture theory applications in blood flow simulation
Michalová, Marie ; Hron, Jaroslav (advisor) ; Souček, Ondřej (referee)
In the beginning we outline some important properties of blood and de- scribe it from the biological point of view. In the next section we show how we derived our model based on the mixture theory. For the final model we suggest a mathematical method based on the finite element method and subject it to tests for flow in a simple domain. In the middle part we prove the existence of solution for a model with simplified constitutive relation for the stress tensor, which still includes an anisotropic model for the platelet diffusion. In the last section we show numerical results. We start with sim- ple testing computations in simple domains, followed by computations in a two-dimensional simulation of an aneurysm, and narrowed blood vessel re- spectively. In the end we also show some illustrative computations in three dimensions. 1
|
|
|
Application of finite element method to real problems in hemodynamics.
Švihlová, Helena ; Hron, Jaroslav (advisor) ; Dolejší, Vít (referee)
The incompressible fluid flow around the geometries of cerebral artery aneurysms is studied in this thesis. The aneurysm is a local extension of a vessel. This disease is dangerous only in the case of rupture. Then the blood is released into the brain. The need of accurate computation of the velocity and pressure fields in this geometries is motivated exactly by the question which aneurysm has tendency to rupture. The finite element method (FEM) is used for the computation of the flow. A good domain discretization is one of the main step in FEM. Modern computed tomography is able to produce series of the two- dimensional images and it is necessary to create an appropriate three-dimensional model of the tissue. This thesis includes the description of the mesh generation and the ways to smooth and improve the meshes. In the theoretical part the equations of fluid flow are formulated. A suitability of a choice of boundary conditions is discussed. Weak formulation for the equations and its discretization are presented. In the practical part velocity and pressure fields are computed by the various finite elements. Wall shear stress which plays an important role in the evolution of an aneurysm is also computed on the introduced meshes. Comparison of mesh smoothing filters, used finite elements and used...
|
|
|
Aneurysmorrhaphy using exoprothesis. New surgical treatment for haemodialysis arterio-venous fistula aneurysm.
Rokošný, Slavomír ; Baláž, Peter (advisor) ; Grus, Tomáš (referee) ; Tomka, Ján (referee)
Introduction: Haemodialysis arterio-venous fistula aneurysm (AAVF) prevalence varies between 7-43%. When they are symptomatic, they should be referred for treatment. It is unclear which is the optimal surgical treatment and if fistula flow reduction is beneficial for heart remodeling in patients with high-flow AAVF. Aims: (1) introduction of a new surgical technique - aneurysmorrhaphy using exoprothesis (AuE) and evaluation of its patency and complication rates. (2) analysis of flow reduction impact on heart remodeling in high-flow AAVF. (3) systematic review and meta- analysis of various surgical techniques to identify the best treatment option of haemodialysis arterio-venous fistula aneurysm. Methods: (1) retrospective analysis with prospectively collected surgical and postoperative data, patency evaluation using Kaplan - Meier curve, early and late complication rates analysis. (2) retrospective analysis prospectively collected echocardiographic parameters before and after surgery. (3) systematic review and meta- analysis following the PRISMA guidelines - registered in the international prospective register of prospective reviews PROSPERO (registration number: CRD42016029692). Results: (1) primary assisted patency rate at 12 months was 80 %, infection rate was 4.5 % and AAVF recurrence rate was 0...
|
|
|
Computational Fluid Dynamic Simulation of Intracranial Aneurysms : analysis of time-depend changes of hemodynamic parameters - the road to clinical use
Sejkorová, Alena ; Hejčl, Aleš (advisor) ; Vaverka, Miroslav (referee) ; Přibáň, Vladimír (referee)
Computational Fluid Dynamic Simulation of Intracranial Aneurysms Analysis of time-dependent changes of hemodynamic parameters - the road the clinical use Hemodynamics are involved in the genesis of intracranial aneurysms and time- dependent changes of their parameters lead to aneurysm growth, stabilization or rupture. Definition of these changes using computational fluid hemodynamics could significantly contribute to the understanding of aneurysmal development and rupture and could enable the routine use of mathematical simulations. In this study, computational fluid dynamics were performed for nine incidental aneurysms. Five aneurysms were monitored throughout time and factors leading to aneurysm rupture were analyzed. In four aneurysms the influence of the hemodynamics on the growth was defined. Major growth occurred in areas of low wall shear stress and oscillatory index. These areas increased in size during growth time. Contrary to this, neck shape remodeling occurred in areas with large wall shear stress and pressure. Throughout the follow-up of ruptured aneurysms, the minimal wall shear stress decreased, and the area of low wall shear stress increased significantly. The results indicate that decreasing values of minimal wall shear stress and increasing values of low wall shear stress area...
|
|
|
Intracranial Aneurysms - Treatment Options and Natural Course. Safety and Efficacy of Treatment Strategies for Posterior Inferior Cerebellar Artery Aneurysms.
Petr, Ondřej ; Beneš, Vladimír (advisor) ; Haninec, Pavel (referee) ; Přibáň, Vladimír (referee)
BACKGROUND: Posterior inferior cerebellar artery (PICA) aneurysms are an uncommon, heterogeneous group of aneurysms with poorer neurological outcomes compared to other intracranial aneurysms. At first, as part A, we conducted a systematic review of the literature to evaluate the safety and efficacy of treatment strategies for PICA-aneurysms. Subsequently, as part B, we performed a multicenter retrospective study to analyze the outcome in a large series of patients treated with contemporary microsurgical and endovascular techniques. METHODS: For the meta-analysis, a systematic search of Medline, EMBASE, Scopus and Web of Science was done for studies published through November 2015. We included studies that described treatment of PICA-aneurysms with ≥10 patients. Random-effects meta-analysis was used to pool the following outcomes: complete occlusion, technical success, periprocedural morbidity/mortality, stroke rates, aneurysm recurrence/rebleed, CN-palsies rates, and long-term neurological morbidity/mortality. As the second part, aiming to report the current trends and results in treatment strategies for PICA-aneurysms, records of 94 patients treated for PICA-aneurysms between 2000 and 2015 at 3 large referral neurovascular centers were retrospectively reviewed. RESULTS: In the meta-analysis, we...
|
guest ::
