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
- Tez No: 830538
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET METİN YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Abdominal Aort Anevrizması (AAA) abdominal aortanın geri dönülemez bir biçimde genişlemesi olup, uygun takip ve tedavinin gerçekleştirilmediği durumlarda aortanın yırtılmasına sebep olabilir ve bu durum belirli yaş gruplarında %80'e varan bir ölüm oranıyla sonuçlanabilir. Abdominal aortanın genişlemesi AAA'nın içerisindeki hemodinamiklerde, akış ayrılmaları ve girdap yapılarının da görünür hale gelmesiyle, ciddi anlamda değişikliklere sebep olur. AAA'nın büyüme ve yırtılma mekaniklerinin bozulan hemodinamikler ve zaman ortalamalı duvar kesme gerilimi (TAWSS), salınımlı kesme indeksi (OSI) ve endotel hücre aktivasyon potansiyeli (ECAP) gibi duvar kesme gerilimi parametreleri ile ilişkili olduğu genel olarak kabul görmektedir. Bu çalışmada, hastaya özgü sağlıklı ve anevrizmalı abdominal aort modellerinin akıs yapıları ve duvar kesme gerilmeleri, fızyolojik akış dolaşımı sağlayabilen deney düzeneğinde nicel bir hız ölçüm tekniği olan partikül görüntü velosimetresi kullanılarak karakterize edilmiştir. PIV'den duvar kesme gerilimi (WSS) hesaplamak için bir yöntem geliştirilmiş ve uygulanmıştır; bu yöntem, PIV'de WSS hesaplarken yaşanan duvar konumunun elde edilmesi ve duvara yakın hız gradyanlarının tahmin edilmesi zorluklarının da üstesinden gelmektedir. Bu çalışma, genişlemiş bir abdominal aorttaki hemodinamiklerin sağlıklı bir aorttakinden önemli ölçüde ayrıldığını göstermiştir. AAA'da oluşan girdapların maksimum büyüklüğü sağlıklı aortadakilerin yaklaşık iki katıdır. Duvar kesme gerilimleri incelendiğinde, AAA kesesindeki TAWSS değerleri akış ayrılmasına bağlı olarak 0 Pa'a yakınken, sağlıklı aortanın büyük bir bölümünde yaklaşık 0.1 Pa'dır. Anevrizmada akışın ayrıldığı ve yeniden tutunduğu alanlara denk gelen iki bölge bulunmaktadır. Bu bölgelerde OSI'nin alabileceği maksimum değer olan 0.5 gözlemlenmiştir. Buna ek olarak, anevrizmanın ciddi bir bölümünde görece daha büyük ECAP değerlerine rastlanmıştır. Öte yandan, sağlıklı aortadaki OSI ve ECAP değerleri yaklaşık olarak 0'dır.
Özet (Çeviri)
Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) is an irreversible dilatation of the abdominal aorta, which can lead to rupture without proper screening and treatment, with an over 80% mortality rate for specific age groups. The enlargement of the abdominal aorta causes significant changes of hemodynamics in AAA with clear indications of flow separation and vortical structures. It is generally accepted that growth and rupture mechanisms of AAA are correlated with the disturbed hemodynamics and wall shear stress metrics such as time-averaged wall shear stress (TAWSS), oscillatory shear index (OSI), and endothelial cell activation potential (ECAP). In the present study, the flow structure and wall shear stress of patient specific healthy and aneurysmal abdominal aorta phantoms are characterized in physiological flow circulatory set-up using quantitative velocity measurement technique, particle image velocimetry (PIV). A method has been developed and implemented to calculate the wall shear stress (WSS) from PIV, which basically overcomes the difficulties of PIV both in extracting the exact wall location and in predicting the velocity gradients on the wall. The results of the study show that the hemodynamics inside a dilated abdominal aorta differs from the healthy aorta significantly. The peak vorticity magnitude of the formed vortices in the AAA is approximately two times that of the healthy aorta. Considering the wall shear stresses, TAWSS values in the AAA sac are close to 0 Pa mainly due to flow separation, whereas it is about 0.1 Pa for most portions of the healthy aorta. There are two zones in the aneurysm, corresponding to separation and reattachment regions, with OSI values of 0.5, which is the maximum value the OSI can have. In addition, a substantial portion of the aneurysm has relatively larger ECAP values. On the contrary, the OSI and ECAP values are roughly 0 for the whole healthy aorta.
Benzer Tezler
- 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
- Yapay kemik olarak gözenekli iskelelerin yüzey pürüzlülüğünün kan akışı özelliklerine etkisi
The effect of surface roughness of scaffolds as synthetic bone on blood flow within them
DAVAR ALI
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİ ŞEN
- 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
SEMİH TÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiOrta 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
- 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