Πειραματικά και υπολογιστικά μοντέλα μαλακών βιολογικών ιστών

Κούβακα, Άρτεμις; Kouvaka, Artemis

dc.contributor.author	Κούβακα, Άρτεμις	el
dc.contributor.author	Kouvaka, Artemis	en
dc.date.accessioned	2015-07-24T09:02:21Z
dc.date.available	2015-07-24T09:02:21Z
dc.date.issued	2015-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41033
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4422
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Preconditioning	en
dc.subject	Finite elements	en
dc.subject	Soft tissues	en
dc.subject	Material models	en
dc.subject	Uniaxial testing	en
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Υλικά μοντέλα	el
dc.subject	Μαλακοί ιστοί	el
dc.subject	Μηχανική του καρδιαγγεικού συστήματος	el
dc.subject	Μονοαξονική επιμήκυνση	el
dc.title	Πειραματικά και υπολογιστικά μοντέλα μαλακών βιολογικών ιστών	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Experimental and computational models of soft biological tissue	en
heal.classification	Biomechanics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85014236
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-15
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του preconditioning στις μηχανικές ιδιότητες των μαλακών βιολογικών. Θα χρησιμοποιηθούν πειραματικές και υπολογιστικές μέθοδοι που αποσκοπούν στον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων του ιστού, με βασικό στόχο την ανάδειξη των διαφορών που επέρχονται στο υλικό του ιστού από το preconditioning. Οι μηχανικές ιδιότητες των αρτηριακών τοιχωμάτων έχουν ενδιαφέρον επειδή επηρρεάζουν την αρτηριακή βιολογία κατι την ανάπτυξη και πρόοδο αρτηριακών νόσων μέσω της επίδρασης τους στη ροή του αίματος και την ανάπτυξη της αρτηριακής μάζας. Επιπλέον, οι τάσεις και παραμορφώσεις που αναπτύσσονται στα αρτηριακά τοιχώματα είναι εξαιρετικής σημασίας παράγοντες στην κατανόηση της παθοφυσιολογίας και μηχανικής του καρδιαγγεικού συστήματος, πεδία με τα οποία η αναγεννητική μηχανική των ιστών συνδέεται άμεσα. Οι τάσεις και παραμορφώσεις δε μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω χωρίς ακριβή γνώση των μηχανικών ιδιοτήτων των τοιχωμάτων. Η παρούσα εργασία εξετάζει την μηχανική απόκριση λωρίδων χοιρινής θωρακικής αορτής κατά την αξονική και την περιμετρική κατεύθυνση κάτω από μονοαξονική επιμήκυνση ως τη θραύση χαμηλού παραμορφωσιακού ρυθμού. Τέσσερις ομάδες δοκιμίων εξετάστηκαν (n =6 ανά ομάδα), ανά κάθε κατεύθυνση, με ή χωρίς preconditioning. Τα δεδομένα φορτίου – μετατόπισης μετατράπηκαν σε γραφήματα τάσης – παραμόρφωσης από τα οποία υπολογίστηκαν οι εξής παράμετροι: • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης ελαστίνης • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης κολλαγόνου • Παραμόρφωση μετάβασης • Τάση μετάβασης • Μέγιστη τάση επιμήκυνσης • Παραμόρφωση αστοχίας Οι παραπάνω παράμετροι ελέχθηκαν για παρουσία στατιστικώς σημαντικών διαφορών χρησιμοποιώντας το t – test του Student ανάμεσα στις ομάδες με και χωρίς preconditioning για την αξονική και περιφερειακή κατεύθυνση. Έπειτα, οι καμπύλες τάσεων – παραμορφώσεων χρησιμοποιήθηκαν για την εύρεση μοντέλων υλικών που περιγράφουν καλύτερα την συμπεριφορά του ιστού. Τα μοντέλα με υψηλό ποσοστό συσχέτισης πειραματικών δεδομένων με θεωρητικών προβλέψεων χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση ενός υπολογιστικού μοντέλου της αορτής με πεπερασμένα στοιχεία. Η αορτή μοντελοποιήθηκε ως ενας σωλήνας σταθερού πάχους κάτω από εσωτερική πίεση 120 mmHg (μέγιστη φυσιολογική in vivo πίεση). Δύο γεωμετρίες υλοιποιήθηκαν. Η μία περιλάμβανε το μοντέλο αορτής με τους βαθμούς ελευθερίας των δύο άκρων του πλήρως δεσμευμένους και η δεύτερη τους βαθμούς του ενός άκρου πλήρως δεσμευμένους ενώ το άλλο άκρο ήταν ελεύθερο με ένα έμβολο ενσωματωμένο. Τα αποτελέσματα των υπολογιστικών προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία. Λέξεις κλειδιά : Preconditioning, θωρακική αορτή χοίρου, πεπερασμένα στοιχεία, μοντέλα υλικών, μονοαξονική έπιμήκυνση, μηχανική του καρδιαγγεικού συστήματος, υπολογιστικά μοντέλα	el
heal.abstract	Τhe purpose of this thesis is the examination of the effect of preconditioning on the mechanical properties of soft biological tissue. Experimental and computational methods will be used to determine the mechanical properties of the tissue with the highlighting of the differences that occur in the tissue material from preconditioning being the main objective. Mechanical properties of arterial walls are of interest because they influence arterial biology and the development and progress of arterial diseased via effect on blood flow an arterial mass transport. In addition, stresses and strains developed in arterial walls are extremely important factors in the understanding of the pathophysiology and mechanics of the cardiovascular system. The stress and strain cannot be analysed without exact knowledge of the mechanical properties of the wall. The present thesis examines the mechanical response of strips of porcine thoracic aorta along the axial and circumferential directions under low strain rate uniaxial loading to failure. Four groups of samples were tested (n = 6 per group) along the two directions, with or without preconditioning. The load – elongation data were transformed into stress – strain curves from which the following parameters were calculated: • Elastin phase elastic modulus • Collagen phase elastic modulus • Transition strain • Transition stress • Ultimate tensile strength • Failure strain Student’s t – test was used to detect significant differences between the groups with and without preconditioning for the axial and circumferential directions. The stress – strain curves were then used for the fitting of material models that better described the mechanical behaviour of the tissue. The best models were then used for the implementation of a computational model of the aorta with finite elements. The aorta was modelled as a straight tube with constant thickness under internal pressure equal to the maximum physiological in vivo pressure (120 mmHg). Two geometries were implemented. In the first geometry the ends of the aorta model had all the degrees of freedom fixed and in the second the degrees of freedom of one end were fixed while the other one was free and plugged. The results of the computational simulations were compared to literature results from inflation tests of the porcine thoracic aorta. Keywords : Preconditioning, thoracic porcine aorta, finite elements, material models, uniaxial tension, cardiovascular biomechanics, computational models	en
heal.sponsor	This research was funded by the People Programme (Marie Curie Actions) of the European Union's Seventh Framework Programme FP7/2007-2013/ under REA grant agreement n° 317512.	en
heal.advisorName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.advisorName	Κορώσσης, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.committeeMemberName	Σιδερίδης, Αιμίλιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.
heal.fullTextAvailability	true