Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
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.
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.
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.
Description
Citation
ZEMÁNEK, M. Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2010.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Ctirad Kratochvíl, DrSc. (předseda)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)
MUDr. Zbyněk Tonar, Ph.D. (člen)
doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček (člen)
prof. MUDr. Robert Staffa, CSc. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Pásek, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2010-06-28
Defence
Zvládnutí mechanických zkoušek aortální tkáně ve víceosé napjatosti a identifikace parametrů různých izotropních i anizotropních konstibutivních modelů. Vytvoření vlastního algoritmu pro určení nezatížené geometrie aneurysmatu břišní aorty, který odstraňuje významnou nepřesnost dříve používaných modelů.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení