Influence of the Local Curvature on the Abdominal Aortic Aneurysm Wall Stress and New Methodologies for Manufacturing Realistic Phantoms.
Palabras clave : 
Anisotropy.
Biaxial Testing.
Experimental Verification.
Phantom.
Additive Manufacturing.
Wall Stress.
Local Curvature.
Abdominal Aortic Aneurysm.
Fecha incorporación: 
2016
Fecha de la defensa: 
20-dic-2016
Editorial : 
Servicio de Publicaciones. Univesidad de Navarra
Cita: 
RUIZ DE GALARRETA, Sergio.""Influence of the Local Curvature on the Abdominal Aortic Aneurysm Wall Stress and New Methodologies for Manufacturing Realistic Phantoms"". Antón Remírez, R. y Cazón Martín, A. Tesis doctoral. Universidad de Navarra, 2016
Resumen
El aneurisma de aorta abdominal (AAA) es una dilatación focalizada de la aorta abdominal de al menos 1.5 veces su diámetro habitual. La rotura de AAA causa alrededor de 1.3% de muertes en países desarrollados en hombres con una edad comprendida entre 65 y 85 años. En la práctica todavía existe incertidumbre con respecto al momento correcto de llevar a cabo la operación, sin embargo, el criterio de diámetro máximo es aceptado habitualmente como el factor de predicción de rotura; generalmente a aquellos pacientes cuyo diámetro del AAA supera los 5 cm se les recomienda reparar el AAA siempre y cuando estén en condiciones para ello. No obstante, el porcentaje de fallo de este criterio es considerable y falla en torno al 10% y 25% de los casos: 13% de los aneurismas con diámetros inferiores a 50 mm rompieron, mientras que el 60% de aneurismas con diámetros superiores a 50 mm permanecieron intactos. Varios estudios numéricos han intentado encontrar nuevos parámetros que puedan ayudar a los médicos a la hora de estimar el riesgo de rotura del AAA. Por el contrario, se han realizado pocos estudios experimentales debido al alto coste y tiempo que lleva la fabricación de réplicas de AAAs de pacientes. Esta tesis abarca tanto el estudio numérico como el experimental. Por un lado se ha estudiado la influencia de nuevos parámetros geométricos en la distribución de esfuerzos en la pared del AAA. Por otro lado se han investigado nuevas metodologías para la fabricación de réplicas de AAA. Con lo referido a los estudios numéricos, después de analizar 30 geometrías de AAAs de pacientes, se ha descubierto que la curvatura local afecta de forma considerable a la distribución de esfuerzos en la pared, y consecuentemente al riesgo de rotura del AAA. Los resultados sugieren que considerar este parámetro en un futuro para estimar la rotura de AAA puede ayudar a las decisiones clínicas. Con respecto al apartado experimental, se ha definido una nueva metodología para fabricar réplicas de AAA más realistas mediante la técnica de inyección al vacío. Esta metodología nueva tiene en cuenta el espesor variable de la pared y el comportamiento anisótropo del AAA. Asimismo, la tecnología de fabricación aditiva multi-material se ha utilizado para fabricar réplicas de AAA ideales con propiedades anisótropas. Los resultados de los ensayos uniaxiales y biaxiales certifican la idoneidad de las dos metodologías para la fabricación de réplicas de AAA con propiedades similares a las del tejido del AAA. Por último, se ha realizado un estudio experimental con las réplicas de AAA fabricadas y se ha verificado la distribución de esfuerzos en la pared del AAA. Este último estudio se llevó a cabo en la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA) gracias a la colaboración con el Dr. Ender Finol.
An abdominal aortic aneurysm (AAA) is a focal dilation of the abdominal aorta that is at least 1.5 times its normal diameter. AAA rupture causes around 1.3% of deaths in developed countries among men aged 65-85. In clinical practice, uncertainty still remains about the correct time to operate, but the criterion of maximum diameter is commonly accepted as a rupture prediction factor. The general consensus is that patients with AAA diameters bigger than 5 cm warrant elective repair if they are reasonable operative candidates. However, the failure rate of this criterion is high, ranging from 10% to 25% of cases: 13% of aneurysms with a maximum diameter under 50 mm ruptured, while 60% of aneurysms with diameters over 50 mm remained intact. Several numerical studies have attempted to find new parameters that can help physicians estimate AAA rupture risk. In contrast, few experimental studies have been carried out due to the cost and time-consuming nature of manufacturing patient-specific AAA replicas. This thesis comprises both numerical and experimental studies. The numerical approach investigates new geometric parameters that influence AAA wall stress distribution, while the experimental approach studies new methodologies for manufacturing AAA replicas. In the numerical studies, 30 patient-specific AAA geometries were analyzed, and it was found that the local curvature significantly affects the wall stress distribution, which in turn affects the risk of AAA rupture. The results suggest that considering this parameter in future AAA rupture estimations can assist in clinical decision-making. In terms of the experimental studies, a new methodology for manufacturing more realistic AAA phantoms was developed via vacuum casting technique. This new methodology considers the regionally varying wall thickness and the anisotropic behavior of the AAA. Additionally, the multi-material additive manufacturing technology has been used to fabricate idealized AAA phantoms with anisotropic properties. The results of uniaxial and biaxial tests verify the suitability of both methodologies in manufacturing AAA replicas with properties similar to AAA tissue. Finally, an experimental study was run on the fabricated AAA phantoms and the AAA wall stress distribution was verified. This study was carried out at the University of Texas at San Antonio (UTSA) in collaboration with Dr. Ender Finol.

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