Characterization of wall shear stress in abdominal aortic aneurysm phantom using particle image velocimetry
Abdominal aort anevrizma modelinde duvar kesme geriliminin partikül görüntü velosimetrisi kullanılanarak karakterizasyonu
- Tez No: 693806
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET METİN YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Abdominal Aort Anevrizması (AAA), karın boşluğundaki en büyük arter olan abdominal aortun genişlemesi olarak tanımlanır. Bir miktar genişlemeden sonra damar, tıpta en kritik vakalardan biri olarak tanımlanan yırtılma riskini taşır. Ayrıca, hastalık, en yüksek 14. ölüm oranına sahip olan hastalık olarak belirlenmiştir. Bu nedenle, hastalığın ilerleyişini tahmin etmek hasta için hayati önem taşımaktadır. Bu alanda yapılan araştırmalar damarın genişlemesi ve yırtılması üzerindeki tüm biyolojik ve mekanik faktörleri tanımlamaya ve standartlaştırmaya çalışmaktadır. Duvar kesme gerilimi ve onunla ilgili metrikler, damar genişlemesi ve yırtılması üzerinde etkin bir faktör olarak öne çıkmaktadır. Son zamanlardaki araştırmalar, nümerik ve deneysel methodlar kullanarak duvar kesme gerilmesi ile kireçlenme ve yağ birikintileri gibi yırtılmayla bağlantılı olaylar arasındaki ilişkiyi anlamaya odaklanmıştır. Ancak deneysel yöntemlerde duvara yakın ölçüm alınırken karşılaşılan zorluklar nedeniyle çalışmaların çoğu nümerik methodla yürütülmüştür. Bu çalışma, Partikül Görüntü Velosimetrisi (PIV) kullanarak abdominal aort anevrizmasının içindeki akışkan mekanizmasını araştırmayı ve duvar kesme geriliminin bir dağılımını çıkarmayı amaçlamaktadır. Ek olarak, duvara yakınlıklarının PIV verilerini nasıl etkilediği ve hangi hız profil modelinin doğru kesme gerilim sonucu verdiği gözlenmektedir. Deneyde teorik ve eksenel simetrik anevrizma geometrisi ve Newton tipi akışkan sıvı kullanılmıştır. Deneyler iki stabil (Re=300 ve Re=900) ve bir fizyolojik (Reort ≈ 300 ve α=7.17) akış tipi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca durağan durumlar için uzamsal çözünürlük artışının etkisini görmek için yakın çekim çalışmaları yapılmıştır. Sonuçlar, genellikle duvara en yakın olan ilk PIV verilerinin, duvara yakın hızları olduğundan yüksek tahmin ettiğini göstermektedir. Bu nedenle, duvara en yakın veri noktası yerine yakındaki diğer verilerin kullanılması daha güvenilir sonuçlar vermiştir. Duvar kesme gerilimi hesaplamasında duvara yakın verilerin elenmesini telafi edebildiği için ve kompleks akış yapılarında daha stabil sonuç verdiği için, kübik“spline”fit (4 noktalı) kullanılmıştır. Artan Reynolds sayısının damarın proksimal ve distal uçlarında hemodinamik instabiliteye sebep olabileceği gözlenmiştir. Düşük duvar kesme gerilimi ve yüksek salınımlı kesme indeksinin beraber görüldüğü bölgelerde genişleme yırtılma riski çok yüksektir. Bu çalışmada fizyolojik akış kullanıldığında damarın proksimal ve distal uçlarında, ve bunlara ek olarak ikincil girdapların görüldüğü yerlerde bu risklerin yüksek olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) is defined as the enlargement of the largest artery in the abdominal cavity, the abdominal aorta. The vascular rupture begins to pose a risk after a certain enlargement, and the rupture is described as one of the most critical emergencies in medicine. The disease is labeled as the 14th disease with the highest mortality rate. Thus, predicting the progression of the disease is vitally important. Hence, researchers are trying to identify and standardize all biological and mechanical factors on growth and rupture. Wall shear stress and the wall shear stress metrics have a significant impact on vascular dilation and rupture. Recently, researches focused on understanding the relationship between the wall shear stress and the rupture correlated occurrences such as calcification and fat deposits with numerical and experimental studies. Due to the difficulties encountered with the near-wall measurements in experimental methods, most studies are conducted by numerical methods. The present study aims to characterize the flow structure in abdominal aortic aneurysm and analyze the distribution of the wall shear stress of the AAA by using Particle Image Velocimetry (PIV.) The study compares the accuracy of PIV data in terms of proximity to the wall and velocity profile fits in terms of WSS prediction. For that purpose, simple and axisymmetric aneurysm geometry and Newtonian blood mimicking fluid are used. The experiments are conducted in two steady (Re =300 and Re=900) and one physiological (Remean ≈ 300 and α=7.17) case. Close-up studies are conducted in order to see the effect of spatial resolution increase for the steady cases. The results indicate that the first PIV data closest to the wall overestimates the velocities for the whole field experiment approach. On the other hand, close-up studies overestimate multiple data point closest to the wall. However, results of close-up studies are obtained by using closer data points to the wall compared to the whole field since the spatial resolution of the close-up approach is more superior than the whole field. For obtaining accurate WSS estimation, different near-wall profiles are investigated, such as second-order polynomial, third order polynomial, cubic spline, etc. 3rd order polynomial and cubic spline fits are the two methods that give expected results. Using cubic spline fits for the wall shear stress calculation is convenient since the spline fit method gives robust results in the case of complex flows. Regions with low wall shear stress and high oscillatory shear index are considered hazardous for growth and rupture. For the current aneurysm model, this combination and high risk are observed at distal/proximal edges and regions with secondary vortices in case of physiological flow.
Benzer Tezler
- Characterization of flow structure and wall shear stress in patient-specific healthy and aneurysmal abdominal aorta phantoms using particle image velocimetry
Hastaya özel sağlıklı ve anevrizmalı abdominal aort modellerinde akış yapılarının ve duvar kesme geriliminin partikül görüntü velosimetrisi kullanılarak karakterizasyonu
MEHMET ANIL SUSAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET METİN YAVUZ
- Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling
Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu
REZA DARYANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Patient-specific in-silico hemodynamic characterization of the AAOCA anomaly in left coronary artery network
Sol koroner arter ağındaki AAOCA anomalisinin hastaya özel ın-sılıco hemodinamik karakterizasyonu
HACER DUZMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Roka tohumundan doğal gam üretimi ve keten tohumu yağının mikroenkapsülasyonunda kullanımı
Natural gum production from rocket seeds and use of rocket seed gum in microencapsulation of flaxseed oil
ESRA AVCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gıda MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SALİH KARASU
DOÇ. DR. AYŞE KARADAĞ
- Investigation on the effects of mechanical forces on endothelial and monocytic cell behaviour by using microfluidic systems
Mikroakışkan sistemler kullanılarak mekanik kuvvetlerin endotel ve monosit hücre davranışı üzerine etkilerinin incelenmesi
SEMRA ZUHAL BİROL
Doktora
İngilizce
2018
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON