Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία
Τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν μία από τις σημαντικότερες αιτίες θνησιμότητας στον σύγχρονο κόσμο. Η εμβιομηχανική μελέτη και ανάλυση της συμπεριφοράς των αιμοφόρων αγγείων αποτελεί βασικό βήμα της κατανόησης των μηχανισμών που οδηγούν στην ανάπτυξη παθογενειών και των συνεπειών τους. Πιθανή...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12583 |
| id |
nemertes-10889-12583 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Εμβιομηχανική Τεχνητά αγγεία Ενδοτικότητα Biomechanics Artificial vessels Burst test Compliance FSI 571.43 |
| spellingShingle |
Εμβιομηχανική Τεχνητά αγγεία Ενδοτικότητα Biomechanics Artificial vessels Burst test Compliance FSI 571.43 Ζησιμόπουλος, Σπήλιος Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| description |
Τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν μία από τις σημαντικότερες αιτίες θνησιμότητας στον σύγχρονο κόσμο. Η εμβιομηχανική μελέτη και ανάλυση της συμπεριφοράς των αιμοφόρων αγγείων αποτελεί βασικό βήμα της κατανόησης των μηχανισμών που οδηγούν στην ανάπτυξη παθογενειών και των συνεπειών τους.
Πιθανή μέθοδο αντιμετώπισης τέτοιων παθήσεων αποτελεί η αντικατάσταση τμήματος αγγείου με τεχνητό αιμοφόρο αγγείο. Το Dacron και το ePTFE αποτελούν τα κυριότερα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κατασκευή τεχνητών αγγείων. Ένα μεγάλο μειονέκτημα που παρουσιάζουν είναι η μικρή τιμή ενδοτικότητάς τους σε σχέση με τα βιολογικά αγγεία, που μπορεί να οδηγήσει σε επιπλέον παθογένειες. Σήμερα, αποτελεί αντικείμενο έρευνας η κατασκευή τεχνητών αγγείων με αυξημένη ενδοτικότητα, συγκρίσιμη με αυτήν των βιολογικών αγγείων. Η κατασκευή τεχνητών αγγείων από PCL, με τη μέθοδο του electrospinning μπορεί να αποτελέσει μία πιθανή λύση.
Η ανάπτυξη των πακέτων πεπερασμένων στοιχείων και υπολογιστικής ρευστοδυναμικής μας επιτρέπει να μοντελοποιήσουμε σύνθετα προβλήματα ρευστομηχανικής, που δεν μπορούν να προσεγγιστούν με κλασσικές, αναλυτικές μεθόδους. Ένα τέτοιο πρόβλημα είναι η Αλληλεπίδραση Ροής- Δομής στα αιμοφόρα αγγεία.
Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η εμβιομηχανική μελέτη των αιμοφόρων αγγείων και η δημιουργία ενός μοντέλου Αλληλεπίδρασης Ροής-Τοιχώματος πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση burst test σε τεχνητά αγγεία και την πρόβλεψη της ενδοτικότητάς τους, σε φυσιολογικό εύρος πιέσεων λειτουργίας. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε σε διαστήματα πιέσεων από 50 έως 280 mmHg και η τιμή της αγγειακής ενδοτικότητας συγκρίθηκε τόσο με πειραματικά αποτελέσματα, όσο και με βιβλιογραφικά δεδομένα. Για την μοντελοποίηση του αγγείου PCL χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι υλικού: ένα γραμμικά ελαστικό και ένα υπερελαστικό. Τα μέγιστα σφάλματα υπολογισμού της ενδοτικότητας στο διάστημα 50 έως 150 mmHg ήταν 18.2% και 9.7% αντίστοιχα για το κάθε υλικό, μικρότερα από αντίστοιχα σφάλματα παρόμοιων βιβλιογραφικών πηγών. Σε υψηλότερες πιέσεις, το γραμμικά ελαστικό μοντέλο απέτυχε να προσεγγίσει τα πειραματικά αποτελέσματα.
Εν κατακλείδι, το συγκεκριμένο μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ορισμένους τύπους υλικών και σε συγκεκριμένα διαστήματα πιέσεων για την διερεύνηση και τον υπολογισμό της αγγειακής ενδοτικότητας τεχνητών αγγείων. |
| author2 |
Μαυρίλας, Δημοσθένης |
| author_facet |
Μαυρίλας, Δημοσθένης Ζησιμόπουλος, Σπήλιος |
| format |
Thesis |
| author |
Ζησιμόπουλος, Σπήλιος |
| author_sort |
Ζησιμόπουλος, Σπήλιος |
| title |
Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| title_short |
Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| title_full |
Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| title_fullStr |
Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| title_full_unstemmed |
Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| title_sort |
εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12583 |
| work_keys_str_mv |
AT zēsimopoulosspēlios embiomēchanikēmeletētēsallēlepidrasēsreustoutoichōmatossemegalaaimophoraangeia AT zēsimopoulosspēlios biomechanicalstudyoffluidstructureinteractionmodellingofbloodvessels |
| _version_ |
1771297171347341312 |
| spelling |
nemertes-10889-125832022-09-05T06:58:38Z Εμβιομηχανική μελέτη της αλληλεπίδρασης ρευστού - τοιχώματος σε μεγάλα αιμοφόρα αγγεία Biomechanical study of fluid - structure interaction modelling of blood vessels Ζησιμόπουλος, Σπήλιος Μαυρίλας, Δημοσθένης Μαυρίλας, Δημοσθένης Δεληγιάννη, Δέσποινα Μουστάκας, Κωνσταντίνος Zisimopoulos, Spilios Εμβιομηχανική Τεχνητά αγγεία Ενδοτικότητα Biomechanics Artificial vessels Burst test Compliance FSI 571.43 Τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν μία από τις σημαντικότερες αιτίες θνησιμότητας στον σύγχρονο κόσμο. Η εμβιομηχανική μελέτη και ανάλυση της συμπεριφοράς των αιμοφόρων αγγείων αποτελεί βασικό βήμα της κατανόησης των μηχανισμών που οδηγούν στην ανάπτυξη παθογενειών και των συνεπειών τους. Πιθανή μέθοδο αντιμετώπισης τέτοιων παθήσεων αποτελεί η αντικατάσταση τμήματος αγγείου με τεχνητό αιμοφόρο αγγείο. Το Dacron και το ePTFE αποτελούν τα κυριότερα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κατασκευή τεχνητών αγγείων. Ένα μεγάλο μειονέκτημα που παρουσιάζουν είναι η μικρή τιμή ενδοτικότητάς τους σε σχέση με τα βιολογικά αγγεία, που μπορεί να οδηγήσει σε επιπλέον παθογένειες. Σήμερα, αποτελεί αντικείμενο έρευνας η κατασκευή τεχνητών αγγείων με αυξημένη ενδοτικότητα, συγκρίσιμη με αυτήν των βιολογικών αγγείων. Η κατασκευή τεχνητών αγγείων από PCL, με τη μέθοδο του electrospinning μπορεί να αποτελέσει μία πιθανή λύση. Η ανάπτυξη των πακέτων πεπερασμένων στοιχείων και υπολογιστικής ρευστοδυναμικής μας επιτρέπει να μοντελοποιήσουμε σύνθετα προβλήματα ρευστομηχανικής, που δεν μπορούν να προσεγγιστούν με κλασσικές, αναλυτικές μεθόδους. Ένα τέτοιο πρόβλημα είναι η Αλληλεπίδραση Ροής- Δομής στα αιμοφόρα αγγεία. Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η εμβιομηχανική μελέτη των αιμοφόρων αγγείων και η δημιουργία ενός μοντέλου Αλληλεπίδρασης Ροής-Τοιχώματος πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση burst test σε τεχνητά αγγεία και την πρόβλεψη της ενδοτικότητάς τους, σε φυσιολογικό εύρος πιέσεων λειτουργίας. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε σε διαστήματα πιέσεων από 50 έως 280 mmHg και η τιμή της αγγειακής ενδοτικότητας συγκρίθηκε τόσο με πειραματικά αποτελέσματα, όσο και με βιβλιογραφικά δεδομένα. Για την μοντελοποίηση του αγγείου PCL χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι υλικού: ένα γραμμικά ελαστικό και ένα υπερελαστικό. Τα μέγιστα σφάλματα υπολογισμού της ενδοτικότητας στο διάστημα 50 έως 150 mmHg ήταν 18.2% και 9.7% αντίστοιχα για το κάθε υλικό, μικρότερα από αντίστοιχα σφάλματα παρόμοιων βιβλιογραφικών πηγών. Σε υψηλότερες πιέσεις, το γραμμικά ελαστικό μοντέλο απέτυχε να προσεγγίσει τα πειραματικά αποτελέσματα. Εν κατακλείδι, το συγκεκριμένο μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ορισμένους τύπους υλικών και σε συγκεκριμένα διαστήματα πιέσεων για την διερεύνηση και τον υπολογισμό της αγγειακής ενδοτικότητας τεχνητών αγγείων. Cardiovascular diseases are one of the most important causes of mortality in the modern world. Biomechanical study and analysis of blood vessel behavior is a key step in understanding the mechanisms that lead to the development of pathologies and their consequences. A possible method of treating such a condition is to replace a portion of a pathological vessel with an artificial blood vessel. Dacron and ePTFE are the main materials currently used in the manufacture of artificial vessels. A great disadvantage of them is their low compliance in relation to biological vessels, which may lead to additional pathologies. Today, it is the object of research to construct artificial vessels with increased compliance, comparable to that of biological ones. The manufacture of artificial vases from PCL using the electrospinning method can be a possible solution. The development of finite element and computational fluid dynamics software allows us to model complex fluid mechanics problems that cannot be solved by classical, analytical methods. One such problem is the Flow-Structure Interaction (FSI) in blood vessels. The purpose of this Diploma Thesis is the biomechanical study of blood vessels and the development of a finite element FSI model in order to simulate a burst test of artificial vessels and to predict their compliance in a physiological range of operating pressure. The simulation was performed at pressure intervals between 50 to 280 mmHg and the calculated value of vascular compliance was compared with both experimental results and bibliographic data. For the modeling of the PCL vessel, two different types of material were used: a linear elastic and hypererelastic. The maximum errors of compliance computation in the range of 50 to 150 mmHg were 18.2% and 9.7% respectively for each material, less than corresponding errors of similar bibliographic sources. At higher pressures, the linear elastic model failed to match the experimental results. In conclusion, this particular model can be used for certain types of materials and in specific pressure range to investigate and calculate vascular compliance of artificial vessels. 2019-10-10T20:41:52Z 2019-10-10T20:41:52Z 2019-07-09 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12583 gr 0 application/pdf |
