Blood flow modelling in arteries with deformable walls

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μοντελοποίηση της ροής αίματος σε αρτηρίες με παλλόμενα τοιχώματα. Βασικός της στόχος είναι η μελέτη της επίδρασης του αρτηριακού τοιχώματος στη μοντελοποίηση της ροής αίματος και πιο συγκεκριμένα, σε σημαντικές αιμοδυναμικές παραμέτρους όπως είναι οι ενδοαγγειακές πιέσεις και οι διατμητικές τάσεις που δημιουργούνται στο τοίχωμα. Σε αυτή την κατεύθυνση λοιπόν, έχουν πραγματοποιηθεί προσομοιώσεις με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων σε τρισδιάστατα μοντέλα στεφανιαίων αρτηριών με τη χρήση πραγματικών συνοριακών συνθηκών για την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας των δύο μεθόδων (χρήση άκαμπτου τοιχώματος ή παραμορφώσιμου τοιχώματος). Επόμενος στόχος της διατριβής είναι η εγκαθίδρυση νέων υπολογιστικών μεθόδων για την εκτίμηση λειτουργικότητας στεφανιαίων βλαβών με τη χρήση μη επεμβατικών ή επεμβατικών μεθόδων στεφανιαίας απεικόνισης, με μεγαλύτερη έμφαση να δίνεται στις μη επεμβατικές τεχνικές. Τελικός σκοπός της διατριβής είναι η δημιουργία λογισμικού για την τρισδιάστατη ανακατασκευή αγγείων και την εκτίμηση της λειτουργικότητας στεφανιαίων αρτηριών, το οποίο θα μπορεί να βοηθά τον καρδιολόγο στην καθημερινή του εργασία. Η συμβολή της παρούσας διδακτορικής διατριβής συνοψίζεται στους παρακάτω παράγοντες: (i) επαλήθευση της ακρίβειας της μοντελοποίησης ροής αίματος σε ό,τι σχετίζεται με τον υπολογισμό σημαντικών αιμοδυναμικών παραμέτρων, (ii) η εκτενής σύγκριση προσομοιώσεων ροής αίματος με τη χρήση άκαμπτων ή παραμορφώσιμων τοιχωμάτων, (iii) η εφαρμογή και η εγκαθίδρυση δεικτών για την εκτίμηση της λειτουργικότητας στεφανιαίων αρτηριών, (iv) η σύγκρισή τους με ήδη αποδεκτές τεχνικές όπως η FFR και το MBF και (v) η δημιουργία συστημάτων για την τρισδιάστατη ανακατασκευή αγγείων και την εκτίμηση της λειτουργικότητας στεφανιαίων αγγείων.

Multistable Shape-Shifting Surfaces

This paper presents designs for Multistable Shape-Shifting Surfaces (MSSS) by introducing bistability into the Shape-Shifting Surface (SSS). SSSs are defined as surfaces that retain their effectiveness as a physical barrier while undergoing changes in shape. The addition of bistability to the SSS gives the surface multiple distinct positions in which it remains when shifted to, i.e. by designing bistability into a single SSS link, the SSS unit cell can change into multiple shapes, and stabilize within the resulting shape, while maintaining integrity against various forms of external assaults normal to its surface. Planar stable configurations of the unit cell include, expanded, compressed, sheared, half-compressed, and partially-compressed, resulting in the planar shapes of a large square, small square, rhombus, rectangle, and trapezoid respectively. Tiling methods were introduced which gave the ability to produce out-of-plane assemblies using planar MSSS unit cells. Applications for MSSSs include size-changing vehicle beds, expandable laptop screens, deformable walls, and volume-changing rigid-storage containers. Analysis of the MSSS was done using Pseudo-rigid-Body Models (PRBMs) and Finite Element Analysis (FEA) which ensured bistable characteristics before prototypes were fabricated.