Bio engineering experimental  study and computational simulation of human abdominal aorta

Πομάκη Πομακίδου, Σοφία

dc.contributor.author	Πομάκη Πομακίδου, Σοφία
dc.date.accessioned	2020-04-03T07:50:06Z
dc.date.available	2020-04-03T07:50:06Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50042
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17740
dc.rights	Default License
dc.subject	Κοιλιακή αορτή, ρευστοδυναμική, υπερελαστικά υλικά, συναρτήσεις τροπικής ενέργειας, υπολογιστικά μοντέλα για βιο υλικά	el
dc.subject	Abdominal aorta, fluid dynamics, hyper elastic materials, strain energy functions, computational models for bio materials	el
dc.title	Bio engineering experimental study and computational simulation of human abdominal aorta	en
dc.title	Εμβιομηχανική πειραματική μελέτη και υπολογιστική προσομοίωση της ανθρώπινης κοιλιακής αορτής	el
dc.contributor.department	Laboratory of testing materials	el
heal.type	masterThesis
heal.generalDescription	Πρόκειται για μία προσπάθεια υλοποίησης ενός επικαιροποιημένου υπολογιστικού μοντέλου που αφορά σε ελαστικές αρτηρίες.Είναι η πρώτη προσπάθεια που βασίζεται σε πειραματικά δεδομένα και είσάγει κατάλληλες ρυθμίσεις μέσω κώδικα στο εμπορικό λογισμικό ANSYS με σκοπό την περιγραφή της μηχανικής συμπεριφοράς του ιστού καθώς και την διαμόρφωση του εντατικού πεδίου υπό την επίδραση ρευστοδυναμικών φορτίσεων.	el
heal.generalDescription	This study is about the implementation of a validated computational model for elastic arteries.It is the first trial based on experimental data that also inserts to commercial software ANSYS through coding appropriate settings for the characterization of mechanical properties of soft tissues. Also the configuration of stress strain field after a computational fluid dynamic methodology is applied is an asset for this study.	el
heal.classification	Υπολογιστική Εμβιομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-11-06
heal.abstract	Οι παθογένειες της ανθρώπινης κοιλιακής αορτής αφορούν στο μεγαλύτερο μέρος του δυτικού κόσμου και μαζί με το κάπνισμα είναι η συχνότερη αιτία θανάτου στον ανεπτυγμένο κόσμο. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι η Εμβιομηχανική πειραματική μελέτη των κεντρικών αρτηριών της ανθρώπινης κοιλιακής αορτής, η μαθηματική προτυποποίηση του προβλήματος με καταστατικές εξισώσεις υπερελαστικών μοντέλων καθώς και η υπολογιστική προσομοίωση με τη βοήθεια του εμπορικού λογισμικού ANSYS, ώστε μελλοντικά να λαμβάνουμε περισσότερη και ποιοτικότερη πληροφορία από το προσομοίωμα μειώνοντας το κόστος, τον χρόνο και τους περιορισμούς που επιτάσσει η πειραματική προσέγγιση. Για την εργασία αυτή ελήφθησαν ανθρώπινα δοκίμια, με την τήρηση των κανόνων ηθικής και δεοντολογίας, από 20 δότες. Από αυτούς μελετήθηκαν οι δεξιά και αριστερή νεφρική αρτηρία, οι άνω και κάτω μεσεντέριες καθώς και οι εσωτερικές και εξωτερικές αριστερές και δεξιές λαγόνιες αρτηρίες (8 αρτηρίες από κάθε δότη). Στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε πείραμα ταυτόχρονης έκτασης και διόγκωσης μετρήθηκαν μεγέθη όπως εξωτερική διάμετρος του δοκιμίου, ενδοαυλική πίεση και αξονική δύναμη και κατόπιν μαθηματικής επεξεργασίας απεικονίσαμε τις τάσεις και παραμορφώσεις στην αξονική και αζιμουθιακή κατεύθυνση. Με τη βοήθεια της Μηχανικής του συνεχούς μέσου μελετήσαμε μοντέλα Συνάρτησης Πυκνότητας Τροπικής Ενέργειας ώστε να σχηματίσουμε άποψη για το πιο προβλέπει καλύτερα τις φορτίσεις του φυσικού προβλήματος. Στο τελευταίο στάδιο αναπτύξαμε μία εμπεριστατωμένη έρευνα για την υπολογιστική προσομοίωση των αρτηριών στα πλαίσια της οποίας χρειάστηκε να γράψουμε κώδικες προσδιορισμού σε πολλά σημεία της προσομοίωσης δεδομένου ότι το εμπορικό λογισμικό δεν έχει αναπτύξει βιβλιοθήκες και εργαλεία για την αντιμετώπιση υπερελαστικών βιολογικών υλικών. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι 2 υπηρξε μεγάλη συμφωνία του προσομοιωτικού μοντέλου με το πειραμα και μάλιστα ακόμη και χωρίς την προσθήκη της αλληλεπίδρασης του ρευστού με το στερεό σώμα η κατανομή των τάσεων και παραμορφώσεων προσέγγισε άριστα τις πειραματικές μετρήσεις. Σε μελλοντική έρευνα επιθυμούμε να διερύνουμε την επικαιροποίηση του προσομοιωτικού μοντέλου επιλύοντας και άλλους συναφείς τύπους αρτηριών και να καταλήξουμε σε ένα γενικό μοντέλο που να περιγράφει τη συμπεριφορά των αρτηριών της κοιλιακής αορτής με επιδεχόμενες μικρομεταβολές κατάλληλες κάθε φορά για την πλήρη περιγραφή της φυσικής λειτουργίας του ιστού.	el
heal.abstract	Cardiovascular diseases and pathogens of bearing aorta occupy with smoking main causes of mortality in the modern world. The scope of this study is to determine by Bio engineering experimental methods the stress and strain field, to formulate with strain energy functions stress and strain and finally to implement a computational simulation with ANSYS commercial software, suitable to approach physical problem. This way in the future we will be able with less time, money and experimental constrains to extract information about soft tissues which is critical for life. 12 For this study arteries where undertaken of 20 persons, respected the protocol for ethical issues and where examined to inflation extension Bio mechanical tests. We studied 8 items per person (left & right renal artery, superior & inferior mesenteric, left & right external &internal iliac artery). We collected data for lumen pressure, external diameter and axial force and with mathematical formulation we calculated stresses and strains for every axis of our polar coordination system. 3 With continuum mechanics formulation we applied strain energy functions to our experimental data to investigate the best model’s fit. At the final stage we developed new methods to simulate hyper elastic bio materials where definition codes were necessary to interface the physical problem with the commercial software. ANSYS had no libraries and specialized tools for Hyper elastic Bio materials and with the comparison of customized rubber like materials versus our hyper elastic biomaterial, showed that error was eliminated and convergence was accelerated. Furthermore, the simulated model had a great approximation to experimental data. In future research we intent to apply our results to other arteries of bearing aorta and find out if there is a generic model that can describe an overall of elastic arteries and can be modified to recognize similarities and differences aligned to physical loads.	en
heal.advisorName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος
heal.committeeMemberName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος
heal.committeeMemberName	Κουρκουλής, Σταύρος
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	137
heal.fullTextAvailability	false