A carregar...
Projeto de investigação
Sem título
Financiador
Autores
Publicações
Design of a testing device for an anatomical part of the ascending aorta
Publication . Castanho, Francisco Luís Mathiotte; Xavier, José; Tomás, António
Aortic aneurysms are life-threatening pathologies that cause thousands of deaths worldwide.
The current main clinical criteria for surgical intervention is aortic diameter, although a large
percentage of patients with dissection or rupture has a normal diameter. Computation methods
have been adopted to model the biomechanical behaviour of biological tissue in view of adding in
the diagnosis of this pathology. Furthermore, experimental testing on aneurismatic aortic tissue
has been performed to validate these models. The objective of this study is to integrate com-
putational mechanical methods into an innovative experimental test with a specifically designed
device where material parameters are obtained by inverse methods assisted by Digital Image
Correlation (DIC). Axiomatic Design (AD) is taken into consideration to develop the testing
device in a clear, methodical, and efficient way. A case study is analysed, and a patient-specific
3D geometry of an Ascending Thoracic Aortic Aneurysm (ATAA) is obtained by segmenting
Computed Tomography Angiography (CTA) images. A methodology is presented by attribut-
ing a hyperelastic constitutive model to the geometry and executing Finite Element Analysis
(FEA). Future work should rely on real experimental tests where Finite Element Model Up-
dating (FEMU) should be adopted to fit the constitutive model more accurately to the actual
specimen material.
Sobre a definição do processo de simulação do comportamento mecânico da Aorta Torácica Ascendente
Publication . Almeida, Bruno Miguel Gregório; Silva, Tiago; Xavier, José
Segundo a Organização Mundial de Saúde as doenças cardiovasculares são uma das
principais causas de morte da atualidade. Destas fazem partes os aneurismas da aorta
torácica. Entre estes os mais comuns são os da aorta torácica ascendente, representando
certa de 60% dos casos. Estes devem ser monitorizados e controlados, sendo que perante
a sua rotura a probabilidade de morte é de até 94%. Atualmente, o método de decisão
cirúrgica baseia-se somente na avaliação do diâmetro do aneurisma, sendo que quando
este é superior a 5,5 cm é recomendada intervenção cirúrgica. Este método tem-se re-
petidamente demonstrado falível, visto que existem consideráveis quantidades de casos
em que se dá a rotura ou disseção do aneurisma antes da verificação deste critério. As-
sim, surge a necessidade de implementar novos métodos de avaliação e análise de risco
dos aneurismas. A necessidade de estudar melhor o aneurisma de forma a melhorar a
qualidade de vida e taxa de sobrevivência de pacientes por ele afetados é uma grande
motivação para o desenvolvimento deste projeto e dissertação. A presente dissertação
insere-se num projeto multidisciplinar que tem como objetivo o desenvolvimento de um
modelo robusto que permita determinar/prever o comportamento mecânico da artéria
aorta, considerando a definição de intervalos de simulação.
Assim, esta dissertação foca-se no estudo e criação de uma geometria e modelo de
elementos finitos capaz de simular o comportamento mecânico da parede da artéria
aorta ascendente, considerando a incerteza inerente aos processos de criação. Para tal
foi implementado um método de análise de variabilidade do processo de obtenção da
geometria a partir de exames médicos, onde se obtém uma métrica que permite comparar
e quantificar a variabilidade do processo. Posteriormente foi desenvolvido e analisado um
modelo de elementos finitos. A dissertação contém uma extensa pesquisa bibliográfica,
que visa a construir uma base sólida para o desenvolvimento futuro do projeto no qual
está incluída.
An Alternative Digital Image Correlation-Based Experimental Approach to Estimate Fracture Parameters in Fibrous Soft Materials
Publication . Filho, João; Xavier, José; Nunes, Luiz; UNIDEMI - Unidade de Investigação e Desenvolvimento em Engenharia Mecânica e Industrial; DEMI - Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial; Molecular Diversity Preservation International (MDPI)
One of the main challenges in experimental fracture mechanics is to correctly estimate fracture parameters of a nonhomogeneous and nonlinear material under large deformation. The crack tip detection is strongly affected by fibers at crack tip, leading to inaccurate measures. To overcome this limitation, a novel methodology based on the Digital Image Correlation (DIC) method for crack tip detection of fibrous soft composites is proposed in this work. The unidirectional composite was manufactured using a matrix of polydimethylsiloxane reinforced with a single layer of extensible cotton knit fabric. For two different fiber orientations, the crack growth (da), Crack Tip Opening Displacement (CTOD) and Crack Tip Opening Angle (CTOA) were determined using pure shear specimens under mode I fracture. A consistent estimation of fracture parameters was obtained. The location of the crack tip position during the fracture test using the DIC-based methodology was validated against a visual inspection approach. Results indicated that the DIC-based methodology is easily replicable, precise and robust.
Computational Modelling and Simulation of Fluid Structure Interaction in Aortic Aneurysms
Publication . Mourato, André; Valente, Rodrigo; Xavier, José; Brito, Moisés; Avril, Stéphane; de Sá, José César; Tomás, António; Fragata, José; DEMI - Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial; UNIDEMI - Unidade de Investigação e Desenvolvimento em Engenharia Mecânica e Industrial; NOVA Medical School|Faculdade de Ciências Médicas (NMS|FCM); MDPI - Multidisciplinary Digital Publishing Institute
Aortic aneurysm is a cardiovascular disease related to the alteration of the aortic tissue. It is an important cause of death in developed countries, especially for older patients. The diagnosis and treatment of such pathology is performed according to guidelines, which suggest surgical or interventional (stenting) procedures for aneurysms with a maximum diameter above a critical threshold. Although conservative, this clinical approach is also not able to predict the risk of acute complications for every patient. In the last decade, there has been growing interest towards the development of advanced in silico aortic models, which may assist in clinical diagnosis, surgical procedure planning or the design and validation of medical devices. This paper details a comprehensive review of computational modelling and simulations of blood vessel interaction in aortic aneurysms and dissection, following the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA). In particular, the following questions are addressed: “What mathematical models were applied to simulate the biomechanical behaviour of healthy and diseased aortas?” and “Why are these models not clinically implemented?”. Contemporary evidence proves that computational models are able to provide clinicians with additional, otherwise unavailable in vivo data and potentially identify patients who may benefit from earlier treatment. Notwithstanding the above, these tools are still not widely implemented, primarily due to low accuracy, an extensive reporting time and lack of numerical validation.
Unidades organizacionais
Descrição
Palavras-chave
Contribuidores
Financiadores
Entidade financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Programa de financiamento
3599-PPCDT
Número da atribuição
PTDC/EMD-EMD/1230/2021