title: Μελέτη μη-γραμμικών μοντέλων ανευρυσματικών αορτών με χρήση μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων

title: Study of nonlinear models of aneurysmal aortas using the finite element method
Creators: name: Ξυδιας Χαραλαμπος-Φαιδων
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Η υπολογιστική τεχνολογία παρέχει σημαντικές δυνατότητες για τη μελέτη και την προσομοίωση 
σύνθετων ιατρικών καταστάσεων. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιούνται υπολογιστικές 
προσομοιώσεις με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) για τη διερεύνηση της 
μηχανικής συμπεριφοράς της ανευρυσματικής αορτής, μιας σοβαρής αγγειακής πάθησης που μπορεί 
να οδηγήσει σε ρήξη και να απειλήσει τη ζωή του ασθενούς. 
Η μελέτη επικεντρώνεται στη σύγκριση διαφορετικών προσεγγίσεων προσομοίωσης, λαμβάνοντας 
υπόψη γραμμικά και μη γραμμικά μοντέλα υλικών, καθώς και μονοστρωματικές και 
πολυστρωματικές προσεγγίσεις της δομής του τοιχώματος της αορτής. Τα δεδομένα που 
χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από πραγματικούς ασθενείς και μέσω κατάλληλης επεξεργασίας 
δημιουργήθηκαν τρισδιάστατες γεωμετρίες, οι οποίες αναλύθηκαν υπό φυσιολογικές συνθήκες 
φόρτισης. 
Η ανάλυση έδειξε ότι τα μη γραμμικά μοντέλα αποδίδουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φυσιολογική 
συμπεριφορά του τοιχώματος της αορτής, αποκαλύπτοντας υψηλότερες τάσεις στις περιοχές υψηλού 
κινδύνου, όπως στον θόλο του ανευρύσματος. Τα πολυστρωματικά μοντέλα παρείχαν πιο ρεαλιστική 
απεικόνιση της κατανομής των τάσεων και παραμορφώσεων, αναδεικνύοντας τη σημασία της 
διαφοροποίησης μεταξύ των στρωμάτων του τοιχώματος. Από την άλλη, τα γραμμικά μοντέλα 
παρείχαν μια πιο απλουστευμένη προσέγγιση, επαρκή για αρχικές εκτιμήσεις αλλά ανεπαρκή για την 
πρόβλεψη ακραίων καταστάσεων. 
Στόχος της εργασίας ήταν να εξεταστεί ο ρόλος των υλικών μοντέλων στη διαμόρφωση των 
αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και να εντοπιστούν οι περιοχές αυξημένης τάσης και 
παραμόρφωσης, οι οποίες συσχετίζονται με τον κίνδυνο ρήξης. Τα ευρήματα της μελέτης μπορούν να 
συνεισφέρουν στη βελτίωση των διαγνωστικών μεθόδων και στην ανάπτυξη εξατομικευμένων 
στρατηγικών θεραπείας. Επιπλέον, παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τη δημιουργία μηχανικών 
ψηφιακών διδύμων ασθενών, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην πρόβλεψη της εξέλιξης 
της πάθησης και στην υποστήριξη κλινικών αποφάσεων.
description: Computational technology offers significant capabilities for studying and simulating complex medical conditions. In this thesis, finite element method (FEM) simulations are employed to investigate the mechanical behavior of abdominal aortic aneurysms (AAA), a serious vascular condition that can lead to rupture and pose a life-threatening risk. The study focuses on comparing different simulation approaches by considering both linear and nonlinear material models, as well as single-layer and multi-layer models of the aortic wall structure. The data used in this research were obtained from real patients, processed to create three-dimensional geometries, and analyzed under physiological loading conditions. The analysis revealed that nonlinear models more accurately capture the mechanical behavior of the aortic wall, identifying higher stress concentrations in high-risk regions, such as the aneurysm dome. Multi-layer models provided a more realistic representation of stress and strain distribution, highlighting the importance of differentiating between the wall layers. On the other hand, linear models offered a simplified approach, sufficient for initial assessments but inadequate for predicting extreme conditions. The objective of this study was to examine the impact of material models on simulation outcomes and to identify regions of elevated stress and deformation, which are directly correlated with rupture risk. The findings contribute to improving diagnostic methodologies and developing personalized treatment strategies. Moreover, they provide valuable insights for the creation of mechanical digital twins of patients, which can be used for predicting disease progression and supporting clinical decision-making.