A recent focus in the biomedical engineering field has been on developing models of in-vivo tissue responses to help better predict aortic wall mechanics, through numerical methods and simulation, towards improved prediction of aortic wall rupture. The structural influence of both collagen and elastin, integral components within the aortic wall, has been studied and is largely understood, but the contribution of glycosaminoglycans (GAGs) is still unclear. While it has been suggested that the swelling properties of GAGs may participate in the regulation of residual stresses in the aortic wall, whether or not GAGs affect the mechanical properties of the aortic wall is completely unknown. The present study was divided into two experiments: Experiment 1 (n=9) utilized planar biaxial testing to characterize arterial wall mechanics in native porcine aortas. The results of Experiment 1 highlight: (i) decreased tissue thickness moving distally, away from the heart; (ii) increased stiffness from the ascending aorta to the thoracic descending aorta; (iii) no difference in morphometry or stress-strain behaviour between samples excised from the anterior, posterior, and/or left and right lateral walls. Experiment 2 (n=8) employed identical testing parameters to characterize partial and fully enzymatically GAG-depleted tissue, to determine the influence of this macromolecule on aortic wall mechanics. The results of Experiment 2 highlight: (i) GAG content in the porcine aorta does not affect tissue mechanical properties measured from biaxial testing; (ii) enzymatic removal of GAGs does not influence morphometric parameters, including thickness and area. These findings will contribute to improving the fundamental understanding of aortic tissue mechanics by helping to determine the relationship between spatial dependency and mechanical response, and the relationship between individual aortic wall constituents and the overall mechanical behaviour of the aorta.

This paper deals with the problem of abdominal aortic aneurysms (AAA), taking into account the possibility of using mechanical tests of aortic tissues for improvement of level of their constitutive models. First part of thesis deals with the introduction into the problem, description of the structure of the wall of the healthy aorta, its main components and the degenerative changes which lead to formation of AAA. This is followed by a brief excursion into constitutive modeling, which focuses closely on the description of the models used to describe the mechanical behavior of soft tissues. The theoretical part is then supplemented by a narrower selection of constitutive models used for modeling aortic wall and intraluminal thrombus, together with published results, which are reviewed and discussed at the end of this section. The main part of this thesis is devoted to tests of mechanical properties of arterial tissues. First, the methodology is presented together with the description of the customizations of the laboratory equipments together with the test rig. In addition, attention is focused on the results of mechanical tests of intraluminal thrombus, where the results of both uniaxial tensile tests and equbiaxial testing are presented. Also the influence of distance ILT from the lumen on the mechanical properties of the thrombus is examined. Another area of interest is the investigation of the effect of elastase on the chnage of mechanical properties of pig aorta. In this case, porcine aortas are experimentally tested only by biaxial testing, and the time of elastase action to alter the mechanical properties is analyzed so that the resulting tissue has a similar stress-strain response as aneurysmal tissue. Finally, the results of experimental measurements, limitations and other possible ways of research are summarized.

Dizertační práce se zabývá věrohodností mechanického testování měkkých biologických tkání a predikčními schopnostmi různých modelů materiálů. Obě oblasti byly zkoumány užitím metody konečných prvků. První část práce je věnována úvodu do problému a popisu měkkých biologických tkání, které s problémem souvisí, a rešerši nynějšího způsobu jejich mechanického testování. Druhá část práce se zabývá hledáním optimálního nastavení experimentálního zařízení za použití počítačového modelování pomocí virtuální simulace mechanických testů. Výsledky analýzy potvrdily, že dvě úzké svorky po délce hrany, stejně jako běžně používané háčky, jsou použitelné pro dvouosé tahové zkoušky různých měkkých tkání za použití čtvercového vzorku. Použití svorek je proto časově úsporná, jednoduchá a spolehlivá alternativa, která není podřadná použití háčků. V práci byla rovněž provedena analýza, jejímž výsledkem jsou doporučení ohledně typu, počtu a velikosti uchycení pro různě velké vzorky. Třetí část práce zkoumá predikční schopnosti modelů materiálů měkkých tkání a závislosti těchto schopností. Lze shrnout, že výsledné mechanické chování proloženého modelu materiálu závisí na počátečních parametrech a že neexistují „ideální“ počáteční parametry při prokládání experimentálních dat. Navzdory absenci „ideálních“ počátečních parametrů je navržen v rámci možností nejefektivnější způsob aproximace experimentálních dat z mnoha jejich souborů. Dále je možné shrnout, že omezení hodnot parametrů modelu při prokládání experimentálních dat ústí v nepředvídatelný vliv na kvalitu aproximace. V závěrečné části práce byl analyzován předpoklad afinní a neafinní deformace modelů materiálů za účelem vysvětlení velkých rozporů mezi výsledky strukturně založených modelů a výsledky dvouosých testů při různých testovacích protokolech. Ačkoli byly zjištěny určité rozdíly mezi výsledky analyzovaných modelů, přece nebyly dostatečně významné, aby vysvětlily výše uvedené velké rozpory. V poslední části práce jsou zmíněny další možné oblasti výzkumu.