Article thumbnail
Location of Repository

Mechanical properties : Plaque and plaque particles in Carotid artery

By Mariam Bayat and Shuyue Wang

Abstract

Hjärt- och kärlsjukdomar står för totalt 48 % av alla dödsfall i Europa och orsakas främst av ateroskleros som medför en allt tjockare och styvare kärlvägg. Karotisstenos är en av de vanligaste typerna av ateroskleros där plack bildas vid kärlets bifurkation. När plack brister och plackpartiklar transporteras vidare till mindre blodkärl kan det medföra blodproppar. Exempelvis kan en blodpropp i hjärnan resultera i en stroke.Idag opereras symtomatiska patienter med tvärsnitts stenosgrad högre än 50 % och asymtomatiska patienter med stenosgrad högre än 70 %. Dock är plackens sönderfall individsberoende och indikatorer för kirurgi som används idag tar inte hänsyn till dessa faktorer. Därför skulle en mer individualiserad metod vara önskvärt för att kunna förbättra indikatorerna för kirurgi som används idag. Detta examenarbete är baserat på kliniska data från en enda kvinnlig patient. Positionen och dimensionen av det aktuella plack och karotisblodkärl presenterades med hjälp av tvärsnittsbilder tillhandahållna av CT-scan. Verktyg som ImageJ och Run_CTviewer.exe användes för att samla geometridatan. Vidare skapades ett antal 2D tvärsnittsplaner i programmet Comsol Multiphysics som genererade en 3D modell av karotisblodkärlet. Genom att använda Finita Element Metoden med motsvarande Mesh och randvillkor, simulerades en strömnings- och solidanalys. Strömnings- och solidssimulering analyserade trycksvariationen i lumen respektive spänningsfördelningen som uppstod i placken. Resultaten visade att tryckvariationen i lumen var liten. Därför kan det inhomogena trycket i lumen antas vara ett konstant tryck med värdet 13,3 . Den högsta von Mises effektivspänning i placken erhölls i områden nära bifurkationen och nådde storleken 38,6 . Det uppmätta värdet av den maximala spänningen är lägre än det teoretiskt förutsagda värdet i ett friskt karotisblodkärl. Resultatet anses vara rimligt på grund av det faktum att värdena är i samma storleksordning. Det bör noteras att projektet har jämfört det simulerade och förutsagda von Mises spänningen, som beror på spänningen i z-riktning. Spänningen i z-riktning är i sin tur beroende av randvillkoren. Om patienten exempelvis sträcker sig och blodkärlet förlängs, skulle det medföra ett annorlunda randvillkor. Denna faktor beaktas inte i simuleringen och påverkar jämförelse av von Mises spänningen. En annan förbättring som skulle behövas är att den skapade modellen är komplex och har många skarpa kanter som orsakade i sin tur svårigheter med Mesh-genereringen. Konsekvensen av Mesh:en har också påverkat simuleringsresultaten.Cardiovascular diseases account for 48% of all deaths in Europe and the primary causes of it are atherosclerosis that leads to a thicker and stiffer vessel wall. Carotid stenosis is one of the most common types of atherosclerosis, where plaques are formed near carotids bifurcation. When plaque rupture and plaque particles transport to smaller blood vessels, it could lead to blood clots. For example, it could happen in the brain and the result would be a stroke. Today, surgery treatment is performed on symptomatic patients with a cross-sectional stenosis degree more than 50% and asymptomatic patients with stenosis higher than 70%. However, plaque rupture is depending on many factors and the indicators of surgery used today do not take these into account. Therefore, a more individualized method would be desired to improve the indicators for surgery. This degree project is based on clinical data from a single female patient. The position and dimension of plaques and the vessel were presented by sectional images provided with CT-scans. Tools such as ImageJ and Run_CTviewer.exe was used to collect the geometry data. Furthermore, several 2D segments were created in Comsol Multiphysics software that generated a 3D model of the carotid vessel. By using Finite Element Method with the corresponding Mesh and boundary conditions, a fluid- and solid-mechanical analyses was simulated. The fluid- and solid-mechanical simulations analysed the variety of the lumen pressure and the stress distribution on the plaque respectively. The result of the fluid simulation showed that the variety of the lumen pressure was small. Therefore, the inhomogeneous lumen pressure may be assumed as a constant pressure with the value 13,3 . The highest von Mises stress in the plaque occured at the region nearby the bifurcation and reached 38,6 . The measured value of the maximum stress is lower than the theoretically predicted value in a healthy carotid vessel. The result is considered to be reasonable due to the fact the values are in the same order of size. It should be noted that the project has compared the simulated and predicted von Mises stress, which is depended on stress in the z-direction. The stress in the z- direction is on the other hand depended on the boundary conditions. For example, if the patient stretches and the carotid vessel extends, it would cause different boundary conditions. This factor is not considered in the simulation and caused a problem when comparing von Mises stress. Another improvement needed is that the created model is complex and has many sharp edges which caused difficulties with Mesh-generation.The consequence of the Mesh has also affected the simulation results

Topics: Engineering and Technology, Teknik och teknologier
Publisher: KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI)
Year: 2018
OAI identifier: oai:DiVA.org:kth-233504
Download PDF:
Sorry, we are unable to provide the full text but you may find it at the following location(s):
  • http://urn.kb.se/resolve?urn=u... (external link)
  • Suggested articles


    To submit an update or takedown request for this paper, please submit an Update/Correction/Removal Request.