Mekanisk respons av vev for sunne og aneurysmatiske stigende aorta: materialmodellering og parameterestimeringer

Abstract

Denne masteroppgaven er en del av et pågående forskningsprosjekt for å modellere den mekaniske responsen og forutsi vevssvikt i aneurismer i den stigende torakale aorta, med følgende spesifikke mål: å forbedre materialmodellene som kan gi spenninger og tøyning i karveggen. Dette oppnås ved å utsette menneskelig aortavev for biaksial tøyning, etterfulgt av kjemiske behandlinger og avansert mikroskopi. Kombinasjonen av kjemiske behandlinger og avansert mikroskopi gir essensielle data om kollagenets orientering og tetthet i karveggen, mens biaksial tøyning muliggjør kvantitativ modellering av de mekaniske egenskapene til aortavevet. Den konstitutive modellen er basert på den generaliserte struktur-tensormetoden. Modellen beskriver vevet med tre mekaniske parametere og to strukturparametere. Strukturparametrene blir funnet ved bruk av SHG-mikroskopi, og de mekaniske parametrene blir funnet gjennom kurvetilpasning. Den valgte modellen tar kun hensyn til fiberspredning i planet. Modellen beskriver von Mises-spenningsnivået i aortavevet godt (gjennomsnittlig r2=0.922).

This master thesis is a part of an ongoing research project to model the mechanical response and predict tissue failure in ascending thoracic aorta aneurysms, with the following specific goal: to improve the material models that can provide stresses and strain in the vessel wall. This is accomplished by subjugating human aortic tissue in a biaxial stretch rig, followed by chemical treatments and advanced microscopy. The combination of chemical treatments and advanced microscopy provides essential data of the collagen orientation and density in the vessel wall, while the biaxial rig allows for quantitative modelling of the mechanical characteristics of the aortic tissue. The constitutive model is based on the generalized structure tensor approach. The model describes the tissue with three mechanical parameters, and two structural parameters. The structure parameters are found using SHG microscopy, and the mechanical parameters are found from curve fitting. The model chosen only accounts for in-plane fiber dispersion. The model is able to describe the von Mises stress of the aortic tissue well (average r2=0.922).