Methodology for evaluating structural parameters of constitutive models from histological analyses of collagen fibres in arterial wall
Loading...
Date
Authors
Fischer, Jiří
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Správné vyhodnocení strukturních parametrů stěny tepny, resp. určení parametrů „vláknitých“ tkání je základem pro konečno-prvkové analýzy a pro jejich správné vyhodnocení. Strukturně motivované konstitutivní modely potřebují jako vstup parametry zohledňující globální směr kolagenních vláken, jako například jejich rozptyl a vlnitost. Nejpoužívanější strukturní konstitutivní modely měkkých tkání uvažují dvě skupiny vláken. Nicméně tento předpoklad není založen na histologických analýzách tkání, ale na regresi těchto modelů pouze na mechanické zkoušky. Předpokládaná existence dvou skupin vláken může být také způsobena hodnocením pouze lokálních směrů vláken, které kvůli vlnitosti vláken nemusí odpovídat jejich globálním směrům, jejichž znalost je zásadní jako vstup do konstitutivních modelů. Řešená problematika se dá rozdělit na následující kroky, odpovídající cílům práce (a) trasování vláken za účelem získání vlnitosti a jejich globálních směrů s rozlišením globálních a lokálních směrů a vlnitosti vláken, (b) vztahy mezi globálními a lokálními směry vláken, (c) určení parametrů vlnitosti a globálního směru vláken tak, aby bylo možné je použít jako vstup pro konečno-prvkové modelování a (d) samotná MKP analýza zkoumající vliv různých konstitutivních modelů na mechanickou odezvu stěny tepny.
The correct evaluation of structural parameters of the artery wall, or the determination of parameters of "fibrous" tissues in general, is the basis for finite element analysis and for the correct evaluation of FEM models. Structurally motivated constitutive models require as an input the parameters reflecting the global fibre direction, their dispersion and waviness. The most widely used structural constitutive models of soft tissues consider two groups of fibres. However, this assumption is not based on global fibre direction obtained from histological images of tissues and is based only on regression on mechanical tests. The above inaccuracy may also be due to the evaluation of only local fibre directions, which, due to fibre waviness, may not correspond to global fibre directions, the knowledge of which is essential for input to constitutive models. The addressed problem can be divided into the following steps, corresponding to the objectives of the work (a) tracing the fibres to obtain their global directions with a distinction between global and local directions and fibre waviness, (b) the relationship between global and local fibre directions, (c) the determination of fibre waviness and global direction parameters so that they can be used as input for finite element modelling, and (d) the FEM analysis itself, which examines the effect of different constitutive models on the mechanical response of the arterial wall.
The correct evaluation of structural parameters of the artery wall, or the determination of parameters of "fibrous" tissues in general, is the basis for finite element analysis and for the correct evaluation of FEM models. Structurally motivated constitutive models require as an input the parameters reflecting the global fibre direction, their dispersion and waviness. The most widely used structural constitutive models of soft tissues consider two groups of fibres. However, this assumption is not based on global fibre direction obtained from histological images of tissues and is based only on regression on mechanical tests. The above inaccuracy may also be due to the evaluation of only local fibre directions, which, due to fibre waviness, may not correspond to global fibre directions, the knowledge of which is essential for input to constitutive models. The addressed problem can be divided into the following steps, corresponding to the objectives of the work (a) tracing the fibres to obtain their global directions with a distinction between global and local directions and fibre waviness, (b) the relationship between global and local fibre directions, (c) the determination of fibre waviness and global direction parameters so that they can be used as input for finite element modelling, and (d) the FEM analysis itself, which examines the effect of different constitutive models on the mechanical response of the arterial wall.
Description
Keywords
Kolagenní vlákna, orientace a rozptyl vláken, metoda konečných prvků, vlnitost, mechanické vlastnosti, stěna tepny, strukturně motivované konstitutivní modely, Collagen fibres, fibre orientation and dispersion, finite element method, waviness, mechanical properties, arterial wall, structure-based constitutive models
Citation
FISCHER, J. Methodology for evaluating structural parameters of constitutive models from histological analyses of collagen fibres in arterial wall [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (předseda)
doc. Ing. Stanislav Polzer, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Marcián, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
Date of acceptance
2024-08-30
Defence
Komise konstatuje, že předložená práce přináší nové vědecké poznatky v popisu mechanického chování tepen. Její přínos byl ověřen publikací výsledků a kladnými ohlasy v mezinárodním měřítku.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení