|
| |
|
|
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.
|
|
| |
|
|
Exploitation of Experiments for Improvement of Level Constitutive Models of Aortic Aneurysm Tissues
Man, Vojtěch ; Horný,, Lukáš (referee) ; Rosenberg, Josef (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This paper deals with the problem of abdominal aortic aneurysms (AAA), taking into account the possibility of using mechanical tests of aortic tissues for improvement of level of their constitutive models. First part of thesis deals with the introduction into the problem, description of the structure of the wall of the healthy aorta, its main components and the degenerative changes which lead to formation of AAA. This is followed by a brief excursion into constitutive modeling, which focuses closely on the description of the models used to describe the mechanical behavior of soft tissues. The theoretical part is then supplemented by a narrower selection of constitutive models used for modeling aortic wall and intraluminal thrombus, together with published results, which are reviewed and discussed at the end of this section. The main part of this thesis is devoted to tests of mechanical properties of arterial tissues. First, the methodology is presented together with the description of the customizations of the laboratory equipments together with the test rig. In addition, attention is focused on the results of mechanical tests of intraluminal thrombus, where the results of both uniaxial tensile tests and equbiaxial testing are presented. Also the influence of distance ILT from the lumen on the mechanical properties of the thrombus is examined. Another area of interest is the investigation of the effect of elastase on the chnage of mechanical properties of pig aorta. In this case, porcine aortas are experimentally tested only by biaxial testing, and the time of elastase action to alter the mechanical properties is analyzed so that the resulting tissue has a similar stress-strain response as aneurysmal tissue. Finally, the results of experimental measurements, limitations and other possible ways of research are summarized.
|
|
|
Definition of principal material directions in the abdominal aortic aneurysms
Bartoňová, Petra ; Slažanský, Martin (referee) ; Polzer, Stanislav (advisor)
This bachelor thesis deals with definitions of principal material directions in idealized geometrical models. The theoretical part is particularly focused on general information of vascular system and abdominal aortic aneurysms in the field of anatomy, histology and surgery, afterwards it is concentrated on the biomechanical point of view. Consequently, the created algorithm is described and used to compare different definitions of principal directions considering the maximum principal stress. In conclusion, the results of FEM analyses are evaluated with respect to further study of this issue.
|
|
|
Stress-strain analysis of aortic aneurysms
Man, Vojtěch ; Janíček, Přemysl (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This master thesis is focused on stress-strain analysis abdominal aortic aneurysm using ANSYS software. The model of abdominal aortic aneurysm are based on CT scans of five specific patients. The branching arteries are included to the model and one goal of this thesis is decision about their influence of the wall stress. In this thesis was used a hyperelastic materiál model, which is based on mechanical tests done on human arterial samples.
|
|
|
Stress-strain analysis of arterial aneurysms
Tesařová, Petra ; Skácel, Pavel (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
The diploma thesis is focused on the creation of the aneurysm finite element model and the making of the aneurysm wall stess-strain analysis using ANSYS software. The model of abdominal aortic aneurysm geometry starts from the CT scan of the particular patient. In the thesis there are compared two chosen constitutive models, each of them appears from different mechanical tests done on human arterial fibre samples. Furthermore, a limiting condition for aneurysm wall structure damage is expressed. On the basis of the results of stress calculation in the aneurysm wall and the limiting condition, the safety coefficient and rupture factors risk are worked out.
|
|
|
Effect of the mechanical properties of intraluminal thrombus on wall stress of abdominal aortic aneurysms
Hřičiště, Michal ; Novák, Kamil (referee) ; Polzer, Stanislav (advisor)
The aim of this thesis is the problematic of abdominal aortic aneurysm wall stress in relation to a different material behavior of intraluminal thrombus, which is in most cases present in the aneurysmal volume. In this thesis, the influence of neglecting the patient-specific material properties of the intraluminal thrombus, on the aneurysmal wall stress, obtained from finite element stress-strain analysis, is investigated. In terms of solution method selection, a system approach was applied so that the solution method was selected in order to respect a system of essential variables as much as possible. The first part of this thesis is focused on a description of the problematic and the human cardiovascular system with important aspects contributing to development and growth of the abdominal aortic aneurysm. Next, this part of the thesis includes chapters devoted to the intraluminal thrombus in terms of its basic characteristics (anatomy, physiology, pathology), structure and its influence on processes within the abdominal aneurysm. The second part of this work is devoted to the accomplishment of the first and second goal of this thesis, which is analyzing the available literature to obtain mean population stiffness values of the intraluminal thrombus and conducting biaxial experimental tests of provided samples of intraluminal thrombus. The experimental testing was conducted in order to obtain the patient-specific mechanical properties, which are used as the inputs in the finite element analysis. The experimental testing confirmed the stiffness negligibility of the intraluminal thrombus’s outer layer, which is mentioned is several studies, however, the influence of this layer on resulting aneurysmal wall stress has been to this date not tested. The dominant part of this thesis is focused on the third goal of this work, which is a comparison of aneurysmal wall stress obtained from the finite element computation that included mechanical properties of intraluminal thrombus obtained either from the literature analysis of experimental testing. This part includes discerption of idealized geometry model development, which was used to analyze the sensibility of computed stresses on a number of ILT layers representing different material properties. In order to obtain this analysis, a macro was created prescribing each element of the intraluminal thrombus finite element mesh with material properties derived from its distance from the lumen. Next, this chapter contains description of patient-specific geometry models development, material models, and boundary conditions selection. In the end of this part, results of the finite element computations are presented together with their statistical analysis. Within the last part of this thesis, discussion of results and conclusions of this thesis is included. Also, an overview of important aspects entering computational modeling of abdominal aortic aneurysms is presented.
|
|
|
Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm
Zemánek, Miroslav ; Janíček, Přemysl (referee) ; Tonar,, Zbyněk (referee) ; Holeček, Miroslav (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato práce je zaměřena na problematiku výpočtového a experimentálního modelování deformačně napjatostních stavů měkkých tkání se zaměřením na riziko ruptury u výdutě břišní aorty (AAA). V první části (kap. 1) je stručně nastíněn současný stav dané problematiky. Tato část shrnuje důležité poznatky publikované v dostupné literatuře. Pozornost je věnována zejména klíčovým faktorům pro stanovení rizika ruptury AAA. V další kapitole (kap. 2) je stručně popsána histologie cévní stěny a její výsledné mechanické chování, jakož i její patologie, především AAA. Druhá část práce (kap.3) je věnována experimentálnímu vyhodnocování deformačně napjatostního chování měkkých tkání, které je nutným předpokladem k věrohodnému výpočtovému modelování tohoto chování. V této kapitole je stručně popsáno experimentální zařízení speciálně vyvinuté pro testování měkkých tkání a typy zkoušek, které lze na tomto zařízení provádět. Dále jsou shrnuty klíčové faktory ovlivňující deformačně napjatostní chování měkkých tkání a experimentální ověření těchto faktorů na vzorcích z prasečích hrudních aort. V závěru této kapitoly jsou shrnuty nové poznatky vyplývající z experimentálního testování. Třetí část disertační práce (kap.4) je zaměřena na matematický popis deformačně napjatostního chování měkkých tkání, stručný popis používaných konstitutivních vztahu a postup při identifikaci parametrů pro tyto konstitutivní modely určované na základě provedených experimentálních zkoušek. Poslední část disertační práce (kap.5) je věnována výpočtovému modelování deformačně napjatostního chování AAA. V této kapitole jsou nejdříve shrnuty klíčové faktory a předpoklady pro vytváření modelů a pro vyhodnocování výsledku a dále jsou uvedeny materiálové parametry pro konstitutivní modely implementované do programu ANSYS. Byly provedeny testovací výpočty při použití hypotetické zjednodušené geometrie AAA, na kterých byly vyhodnoceny vlivy změny geometrie a vliv změny konsitutivního modelu na extrémní napětí ve stěně AAA. U reálné geometrie AAA byla navržena a otestována metoda výpočtu nezatížené geometrie z reálných CT snímků. Dále byl testován vliv zvýšení vnitřního tlaku jako rizika ruptury AAA. V závěru práce jsou shrnuty poznatky a možnosti výpočtového modelování a návrhy na další práce.
|
|
|
Effect of spine on stresses in abdominal aortic aneurysm
Lisický, Ondřej ; Horný,, Lukáš (referee) ; Polzer, Stanislav (advisor)
This thesis deals with stress strain analysis of an aortic abdominal aneurysm (AAA) and the influence of its contact with the spine on the extreme wall stress. The influence was tested on the idealized geometry, as well as on ten patient specific geometries obtained from computer tomography (CT-A) scans. Hyperelastic constitutive models were used for the AAA wall and intraluminal thrombus (ILT) tissue description. The prestress algorithm was used for reconstruction of the unloaded geometry to get more trustworthy results against the geometry from CT which was obtained under the blood pressure. Statistical analysis was used for the results evaluation. The maximal increase of peak wall stress was as high as 81 %.
|
guest ::
