Exploitation of Experiments for Improvement of Level Constitutive Models of Aortic Aneurysm Tissues

Předkládaná práce se věnuje problematice aneurysmat břišní aorty (AAA) s přihlédnutím k možnosti využití mechanických zkoušek tkání aortálních výdutí ke zlepšení úrovně jejich konstitutivních modelů. Úvodní část se zabývá úvodem do problematiky, popisu struktury stěny zdravé aorty, jejím hlavním komponentám a degenerativním změnám, které vedou až ke vzniku AAA. Na tento úvod navazuje stručný exkurz do konstitutivního modelování, který se úzce zaměřuje na popis modelů používaných pro popis mechanického chování měkkých tkání. Teoretická část je poté doplněna užším výběrem konstitutivních modelů používaných pro modelování stěny aorty a intraluminálního trombu, společně s publikovanými výsledky, které jsou v závěru této části zhodnoceny a diskutovány. Stěžejní část práce je věnována zkouškám mechanických vlastností arteriálních tkání. Nejprve je představena metodika testování společně s popisem úprav, kterými prošlo vybavení laboratoře, společně s testovacím zařízením. Dále je pozornost zaměřena na výsledky mechanických zkoušek intraluminálního trombu, kde jsou prezentovány výsledky jak z jednoosých tahových zkoušek, tak i z ekvibiaxiálního testování a je zde vyšetřován vliv vzdálenosti ILT od krevního řečiště na mechanické vlastnosti trombu. Další oblast, které je věnována pozornost, je vyšetření vlivu elastázy na změnu mechanických vlastností prasečí aorty. V tomto případě jsou vzorky prasečích aort experimentálně testovány pouze pomocí dvouosých zkoušek a je zde analyzována doba působení elastázy na změnu mechanických vlastností tak, aby výsledná tkáň měla podobnou deformačně-napěťovou odezvu jako tkáň aneurysmatická. Na závěr jsou shrnuty dosažené výsledky experimentálního měření, limitace a také navrženy další možné směry výzkumu.This paper deals with the problem of abdominal aortic aneurysms (AAA), taking into account the possibility of using mechanical tests of aortic tissues for improvement of level of their constitutive models. First part of thesis deals with the introduction into the problem, description of the structure of the wall of the healthy aorta, its main components and the degenerative changes which lead to formation of AAA. This is followed by a brief excursion into constitutive modeling, which focuses closely on the description of the models used to describe the mechanical behavior of soft tissues. The theoretical part is then supplemented by a narrower selection of constitutive models used for modeling aortic wall and intraluminal thrombus, together with published results, which are reviewed and discussed at the end of this section. The main part of this thesis is devoted to tests of mechanical properties of arterial tissues. First, the methodology is presented together with the description of the customizations of the laboratory equipments together with the test rig. In addition, attention is focused on the results of mechanical tests of intraluminal thrombus, where the results of both uniaxial tensile tests and equbiaxial testing are presented. Also the influence of distance ILT from the lumen on the mechanical properties of the thrombus is examined. Another area of interest is the investigation of the effect of elastase on the chnage of mechanical properties of pig aorta. In this case, porcine aortas are experimentally tested only by biaxial testing, and the time of elastase action to alter the mechanical properties is analyzed so that the resulting tissue has a similar stress-strain response as aneurysmal tissue. Finally, the results of experimental measurements, limitations and other possible ways of research are summarized.