Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Patient-Specific Poroelastic Model of a Brain with a Subdural Hematoma.
KTH, School of Computer Science and Communication (CSC).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

A patient-specific poroelastic model of the brain was constructed in COMSOL Multiphysics and evaluated for its usability in a clinical setting. Image processing of magnetic resonance (MR) images of a standard (uninjured) brain and a computed tomography (CT) scan of a patient with a subdural hematoma was used to make an estimation of the shape patient's pre-injury brain and obtain a deformation map describing the displacement due to the hematoma. A finite-element mesh of the normal brain was generated from a standard MRI-based brain atlas. The steady-state solution of the normal brain was similar to that found in a previous study. The steady-state solution of the deformed brain had the same pressure distribution as the normal brain, which was predicted by analysis of the equations. When the hematoma was simulated over 15000 seconds, the progression of the pressure over time seemed qualitatively plausible. The strain in the steady-state deformed brain and time-based studies generally behaved as expected, but a few regions near the surface of the brain adjacent to the hematoma had unexpectedly high values. When the magnitude of hematoma deformation was altered, it was seen that intracranial pressure, maximum pressure and strain had an exponential-recovery relationship over time for all factors. Strain rate decreased exponentially with time. The intracranial pressure, maximum pressure and strain had a linear relationship with a scale factor that was used to change to magnitude of deformation of the outer surface. Cortical cell death increased exponentially with scale factor and with time. Hematoma volume had a linear relationship with scale factor. Simulated pressure-volume curves did not have the same shape as experimental curves and the observed deformation had noticeable differences in mid-line shift when compared with the real brain. Conditions of hyper- and hypotension had big effects on the pressure, but not the strain. The results indicate that the model has the potential to be a good tool in brain injury evaluation, but more work must be done to increase accuracy and to validate the model.

Abstract [sv]

En patientspecifik poroelastisk modell av hjärnan har konstruerats i COMSOL Multiphysics och blivit evaluerad om dess användbarhet i kliniskt sammanhang. Bildbehandlingen av magnetresonans (MR) bilder av en normal (oskadad) hjärna och bilderna från datortomografi (CT) på en patient med ett subduralt hematom, har använts för att estimera formen på patientens hjärna innan skadan och erhåller sedan en deformationskarta som beskriver deformationen orsakats av hematomet. En finitelement mesh av den normala hjärnan har genererats baserad på en normal MRI hjärnatlas. Den statiska tillståndslösningen av den normala hjärnan var snarlikt det man fann i en tidigare studie. Den statiska tillståndslösningen av den deformerade hjärnan hade samma tryckfördelning som den normala hjärnan, vilket kunde förutsägas med hjälp av analysen av ekvationerna. När hematomet simulerades över 15000 sekunder, verkade utvecklingen av trycket över tiden vara kvalitativt rimlig. Töjningen, i den deformerade hjärnan i statiskt tillstånd och de tidsberoende studierna, betedde sig generellt som väntat; med undantag för några regioner nära ytan av hjärnan vid hematomet som hade oväntat höga värden. När magnituden av hematomdeformationen ändrades, kunde man se att det intrakraniella trycket, maximala trycket och töjningen hade en vågrät asymptotisk relation över tiden för alla faktorer. Töjningshastigheten minskade exponentiellt med tiden. Det intrakraniella trycket, maximala trycket och töjningen hade en linjär relation med skalningsfaktorn som användes för att ändra magnituden av deformationen av den yttre ytan. Den kortikala celldöden ökade exponentiellt med skalningsfaktorn och med tiden. Volymen av hematomet hade en linjär relation med skalningsfaktorn. De simulerade tryck-volymskurvorna hade inte samma form som de experimentella kurvorna samt den observerade deformationen hade uppenbara skillnader i mittlinjeöverskjutningen jämfört med den verkliga hjärnan. Tillståndet i hypertension och hypotension hade stor påverkan på trycket men inte på töjningen. Resultatet indikerar att modellen har potentialen att vara ett bra verktyg för hjärnskadeevaluering, men mer vidareutveckling behövs för att öka noggrannheten och validera modellen.

Place, publisher, year, edition, pages
2012.
Series
Trita-CSC-E, ISSN 1653-5715 ; 2012:031
National Category
Computational Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-130963OAI: oai:DiVA.org:kth-130963DiVA: diva2:654409
Educational program
Master of Science - Computer Simulation for Science and Engineering
Uppsok
Physics, Chemistry, Mathematics
Supervisors
Examiners
Available from: 2013-10-07 Created: 2013-10-07

Open Access in DiVA

No full text

Other links

http://www.nada.kth.se/utbildning/grukth/exjobb/rapportlistor/2012/rapporter12/langen_carolyn_12031.pdf
By organisation
School of Computer Science and Communication (CSC)
Computational Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 20 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf