Numerische Untersuchung an einem abdominellen Aortenaneurysma

Abstract

Abdominelle Aortenaneurysmen (AAA) treten beim Menschen vor allem im höheren Alter auf. Diese krankhafte Erweiterung der unteren Bauchaorta ist oft schmerzfrei und wird in vielen Fällen nur zufällig entdeckt. Ein Brechen der geschädigten Aorta (Ruptur) ist sehr gefährlich und führt oft zum Tod. Eine der gängigen Behandlungsmethoden eines AAA ist die minimalinvasive Implantation einer künstlichen Röhre, dem Stent-Graft. Leider kommt es bei dieser Behandlung recht häufig zu Komplikationen. In dieser Arbeit wurde das Verhalten eines nichtoperierten AAA bei verschiedenen Randbedingungen untersucht, da bisher nur wenig über die Mechanik dieser Krankheit bekannt war. Dazu musste ein Weg gefunden werden, die Messdaten der bildgebenden Diagnoseverfahren in hoher Qualität numerisch nutzbar zu machen. Mit diesem individuellen Patientenmodell wurden dann verschiedene Materialmodelle und Randbedingungen untersucht. Es wurden transiente Simulationen durchgeführt, die zudem die Kopplung von Strömungs- und Strukturberechnungen beinhalteten. Es konnte so eine Simulationskette gebildet werden, die von den bildgebenden Diagnosemitteln bis zur Nachbearbeitung der Simulationsergebnisse reicht. Im Vergleich zu früheren Arbeiten, die mit typisierten Modellen rechneten, konnte in dieser Arbeit zum ersten mal auf realen Geometrien gerechnet werden. Dadurch war es möglich, Aussagen zu den Spannungsverhältnissen in der Aortawand zu machen. Es konnte z.B. gezeigt werden, dass die in der Literatur viel beachtete Scherspannung am Rand des Strömungsgebietes um Größenordnungen kleiner ist, als die Spannungen in der Wand. Ausgehend von dieser Arbeit, sind entsprechende Untersuchungen für andere Patientendaten jetzt sehr schnell verfügbar.

Abdominal aortic aneurysms (AAA) occur in most cases at higher age. An AAA is a (mostly painless) dilatation of the abdominal aorta. It is often discovered accidentally. The rupture of the vessel is of lethal danger. One of the standard treatments is the minimal invasive implantation of a tube like stent graft. Unfortunately, this often leads to complications. Since the mechanics of an AAA is not well known yet, the behaviour of a non treated AAA was investigated under various boundary conditions. Therefore a way has to be developed, to utilize the data already available from previous CT or MRI diagnose in a way, that the high quality of these measurements is preserved. With the resulting individual patient model, different material models and boundary conditions have been investigated in a transient simulation with fluid-structure interaction (FSI). A chain could be set up, reaching from the medical data to the postprocessing of the simulation results. Compared to former investigations, working with simplified models, real geometries could be used in this work. Therefore, conclusions to the distribution of the stress inside the aneurysm wall could be made. It could be shown for example, that the size of the wall shear stress often cited in literature, is many orders of magnitude smaller than the stress inside the wall. Based on this work comparable results for other patients will be available quickly.