title: Μελέτη της εντατικής κατάστασης του τοιχώματος εξατομικευμένων ανευρυσμάτων κατιούσας αορτής και του ενδομοσχεύματος αποκατάστασης

title: Study of the stress-strain state for patient specific descending aortic aneurysms wall and their repair endograft
Creators: name: Μαυραντζας Χριστος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Η παρούσα Διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Βιορευστομηχανικής & Βιοϊατρικής Τεχνολογίας του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, στο πλαίσιο του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Σχεδίαση και Παραγωγή Προϊόντων της Σχολής Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης του Πολυτεχνείου Κρήτης. Ο στόχος της εν λόγω εργασίας είναι η μελέτη της εντατικής κατάστασης του τοιχώματος εξατομικευμένων ανευρυσμάτων κατιούσας θωρακικής αορτής καθώς και του ενδομοσχεύματος αποκατάστασης, σε γεωμετρίες που προέκυψαν από ανασύσταση τομογραφικών δεδομένων με την μέθοδο της αντίστροφης μηχανικής, ώστε να προλεχθεί η ροή του αίματος και η επίδρασή της στα τοιχώματα της κατιούσας θωρακικής αορτής κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου. Τα ανώνυμα ιατρικά αρχεία παρείχε η Αγγειοχειρουργική Κλινική του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Ρίου του Τμήματος Ιατρικής της Σχολής Επιστημών Υγείας του Πανεπιστημίου Πατρών κατόπιν έγκρισης της Επιτροπής Ηθικής και Δεοντολογίας της Έρευνας. Η υπολογιστική μελέτη πραγματώνεται με διττή προσέγγιση, αφενός με την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων της γεωμετρίας ως παραμορφώσιμο στερεό σώμα (Finite Element Analysis - FEA) περιγράφοντας την εντατική κατάσταση του τοιχώματος υπό την επίδραση της αναπτυσσόμενης πίεσης εντός της αορτής και αφετέρου μέσω ανάλυσης υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics - CFD), στους σχετικούς όγκους ελέγχου του αίματος. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί δεδομένα για την λειτουργία του κυκλοφορικού συστήματος των ασθενών, από ένα πεδίο τιμών που απαντάται στην βιβλιογραφία. Οι γεωμετρίες, καθώς και τα βιβλιογραφικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται αναφέρονται κατ’ αποκλειστικότητα σε ανθρώπινο οργανισμό. Χρησιμοποιούνται οι δυνατότητες κατάλληλων ελεύθερων λογισμικών όπως, το FEΒio (Finite Elements for Biomechanics) ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, το οποίο είναι ειδικά σχεδιασμένο για εφαρμογές στην εμβιομηχανική, το SimVascular μέσω του οποίου γίνεται η πλεγματοποίηση και στη συνέχεια προλέγεται η ροή του αίματος, οι αναπτυσσόμενες πιέσεις και διατμητικές τάσεις στα τοιχώματα της κατιούσας αορτής επιλύοντας τις εξισώσεις Navier-Stokes. Τέλος, η απεικόνιση των αποτελεσμάτων γίνεται με τη χρήση του λογισμικού ParaView.
description: This thesis was prepared at the Laboratory of Biofluid Engineering & Biomedical Technology of the National Technical University of Athens, within the framework of the Master's Program in Product Design and Manufacturing of the School of Production Engineering and Management of the Technical University of Crete. The aim of this work is to study the stress-strain state and strength of the wall of patient specific descending thoracic aortic aneurysms as well as the repair endograft, in geometries resulting from the reconstruction of tomographic data with the reverse engineering method, in order to predict the blood flow and the effect of the walls of the descending thoracic aorta during a cardiac cycle. The anonymized medical records were provided by the Vascular Surgery Clinic of the University Hospital of Rio, Department of Medicine, School of Health Sciences of the University of Patras, after approval by the Ethics and Research Ethics Committee. The computational study is carried out with a two-fold approach, on the one hand with the Finite Elements Analysis (FEA) of the geometry as a deformable solid body describing the intensive state of the wall under the influence of the developing pressure inside the aorta and on the other hand through Computational Fluid Dynamics analysis (CFD), in the relevant blood control volumes. This approach uses data on the patients' circulatory system function, from a range of values found in the literature. The geometries, as well as the bibliographic data used, refer exclusively to the human body. The capabilities of suitable free software are used, such as FEBio (Finite Elements for Biomechanics) for finite element analysis, which is specially designed for applications in biomechanics, SimVascular through which the meshing is done and then the blood flow, the developing pressures are predicted and shear stresses in the walls of the descending aorta by solving the Navier-Stokes equations. Finally, the visualization of the results is done using the ParaView software.