Dieses Lehrbuch dient als moderne Einführung in die vaskuläre Biomechanik und bietet den umfassenden Überblick über das gesamte Gefäßsystem, der für die Durchführung erfolgreicher vaskulärer biomechanischer Simulationen erforderlich ist. Es zielt darauf ab, dem Leser eine ganzheitliche Analyse des Gefäßsystems in Richtung seiner biomechanischen Beschreibung zu vermitteln und enthält zahlreiche vollständig durchgerechnete Beispiele. Zu den verschiedenen behandelten Themen gehören die Beschreibung des Gefäßsystems, der Gefäßaustausch, die Mechanik der Blutgefäße, die Charakterisierung des Gefäßgewebes, die Mechanik des Blutflusses sowie das Wachstum und der Umbau des Gefäßgewebes.

Dieses Lehrbuch ist ideal geeignet für Studenten und Forscher, die sich mit klassischer und rechnerischer vaskulärer Biomechanik beschäftigen. Das Buch könnte auch für Entwickler von vaskulären Geräten und für Experten, die sich mit der Zulassung biomedizinischer Simulationen befassen, von Interesse sein.

• Folgt dem Prinzip des "learning by doing" und bietet zahlreiche vollständig durchgerechnete Beispiele für aktives Lernen, sofortiges Erinnern und Selbstüberprüfung;
• Vermittelt ein ganzheitliches Verständnis der Funktionsweise von Gefäßen und die Integration von Informationen aus verschiedenen Disziplinen, um die Studierenden in die Lage zu versetzen, anspruchsvolle numerische Methoden zur Simulation der Reaktion des Gefäßsystems einzusetzen;

• Enthält mehrere Fallstudien, die das vorgestellte Material integrieren. Die Fallstudien befassen sich mit Problemen wie der biomechanischen Bewertung des Rupturrisikos von Bauchaortenaneurysmen, der Finite-Elemente-Analyse von Struktur- und Blutflussproblemen sowie der Berechnung von Wandspannung und Wandschubspannung in der Aorta.

  Autorentext
  T. Christian Gasser ist Professor für Biomechanik an der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm, Schweden, und außerordentlicher Professor an der University of Southern Denmark in Odense, Dänemark. Professor Gasser ist Hauptgründer der VASCOPS GmbH, Graz, Österreich und der ARTEC Vascular Diagnosis AB, Stockholm, Schweden. Sein wissenschaftliches Interesse gilt vaskulären biomechanischen Problemen, mit besonderem Schwerpunkt auf numerischen Methoden zur Lösung klinisch relevanter Fragestellungen. Seine Forschungsarbeiten wurden mit einem Humboldt-Forschungspreis 2023 ausgezeichnet. Die von Professor Gasser entwickelten konstitutiven Modelle wurden in vielen Finite-Elemente-Simulationspaketen implementiert, und die fächerübergreifende Forschung führte zu Diagnosesoftware, die in vielen klinischen Zentren eingesetzt wird. Er ist Autor von über 100 begutachteten Artikeln in Fachzeitschriften, zwei internationalen Patenten, mehr als 15 Buchkapiteln und gab über 200 Vorträgen auf internationalen Konferenzen. Mit einem h-Index von 53 und über 17.000 Google-Scholar-Zitaten gehört Professor Gasser zu den meistzitierten Forschern im Bereich der vaskulären Biomechanik. Neben seiner Forschungstätigkeit hielt Professor Gasser zahlreiche Vorlesungen, betreute eine Anzahl technischer als auch klinischer Doktorarbeiten, ist häufiges Mitglied von Evaluierungsausschüssen und Gutachter der wichtigsten wissenschaftlichen Fachzeitschriften in seinem Forschungsgebiet.

  Inhalt
  1 Modellierung in der Biomechanik 1.- 1.1 Die verschiedenen Perspektiven 2.- 1.1.1 Der technische Ansatz 2.- 1.1.2 Der klinische Ansatz 2.- 1.1.3 Die präklinischen Ansätze 2.- 1.2 Chancen und Herausforderungen 2.- 1.3 Statistische Analyse 3.- 1.3.1 Wahrscheinlichkeitsverteilungen 4.- 1.3. 2 Hypothesentests 7.- 1.3.3 Korrelation zwischen Variablen 9.- 1.3.4 Regressionsmodellierung 10.- 1.3.5 Mittelwertdifferenztest 13.- 1.3.6 Studiendesign 14.- 1.4 Modelldefinition 16.- 1.5 Modellentwicklung und -prüfung 17.- 1.5.1 Sensitivitätsanalyse 17.- 1.5.3 Validierung 21.- 1.6 Fallstudie: Biomechanische Bruchrisikobewertung (BRRA) 21.- 1.6.1 Unzulänglichkeiten der derzeitigen AAA-Risikobewertung 21.- 1.6.2 Beabsichtigte Modellanwendung (IMA) 21.- 1.6.3 Versagenshypothese 22.- 1.6.4 Arbeitsablauf und Diagnoseinformationen 22.- 1.6.5 Wichtige Modellierungsannahmen 23.- 1.6.6 Klinische Validierung 24.- 1.7 Zusammenfassung und Schlussfolgerung 25.- Anhang: Biomechanik-Modellierung 27.- A.1 Definitionen und Terminologie in der Statistik 27.- 2 Das Kreislaufsystem 29.- 2.1 Physiologie 29.- 2.1.1 Gefäßsystem 29.- 2.1.2 Schlüsselkonzepte 31.- 2.1.3 Zellen im Gefäßsystem 32.- 2.1.4 Makrozirkulation 33.- 2.1.5 Lymphsystem 37.- 2.1.6 Mikrozirkulation 38.- 2.1.7 Hämodynamische Regulation 41.- 2.2 Mechanische Systemeigenschaften 42.- 2.2.1 Gefäßdruck 43. - 2.2.2 Gefäßfluss 44.- 2.2.3 Gefäßwiderstand 45.- 2.2.4 Transkapillarer Transport 45.- 2.3 Modellierung der Makrozirkulation 45.- 2.3.1 Windkessel (WK)-Modelle 46.- 2.3.2 Modellierung von Gefäßnetzwerken 57.- 2.4 Modellierung der Mikrozirkulation 63.- 2.4.1 Transkapillare Konzentrationsdifferenz 63.- 2.4.2 Filtration 65.- 2.5 Zusammenfassung und Fazit 70.- Anhang: Mathematische Vorüberlegungen 72.- A.1 Komplexe Zahlen 72.- A.2 Fourierreihen-Approximation 72.- Anhang: Grundelemente der Schaltung 73.- B.1 Widerstandselement 73.- B.2 Kondensatorelement 73.- B.3 Induktorelement 74.- Anhang: Transportmechanismen 74.- C.1 Diffusion 74.- C.2Advektion 75.- Anhang: Osmose 75.- D.1 Osmotischer Druck 75.- D.2 Transport durch semipermeable Membranen 76.- 3 Kontinuumsmechanik 77.- 3.1 Kinematik 78.- 3.1.1 Deformationsgradient 78.- 3.1.2 Multiplikative Zerlegung 79.- 3.1.3 Polare Zerlegung 79.- 3.1.4 Deformation des Linienelements 79.- 3.1.5 Deformation des Volumenelements 80.- 3.1.6 Deformation des Flächenelements 80.- 3.1. 7 Begriff der Dehnung 81.- 3.2 Begriff der Spannung 85.- 3.2.1 Cauchy-Spannungstheorem 86.- 3.2.2 Hauptspannungen 87.- 3.2.3 Isochore und Volumenspannung 89.- 3.2.4 Oktaederspannung und von-Mises-Spannung 89.- 3.2.5 Cauchy-Spannung in gedrehten Koordinaten 91.- 3.2.6 Erste Piola-Kirchhoff-Spannung 91.- 3.2.7 Zweite Piola-Kirchhoff-Spannung 92.- 3.2. 8 Auswirkung der Inkompressibilität des Materials auf den Spannungszustand 93.- 3.3. Materialzeitableitungen 94.- 3.3.1 Kinematische Variablen 94.- 3.3.2 Spannungsraten 95.- 3.3.3 Potenzkonjugierte Spannungs- und Dehnungsraten 96.- 3.4 Konstitutive Modellierung 97.- 3.4.1 Einige mechanische Eigenschaften von Materialien 97.- 3.4.2 Linear elastisches Material 100.- 3.4. 3 Hyperelastizität 102.- 3.4.4 Viskoelastizität 105.- 3.5 Gesetzmäßigkeiten 113.- 3.5.1 Massenbilanz 114.- 3.5.2 Bilanz des linearen Impulses 116.- 3.5.3 Maxwell-Transport und Lokalisierung 118.- 3.5.4 Thermodynamische Prinzipien 119.- 3.6 Allgemeine Prinzipien 125.- 3.6.1 Freikörper-Diagramm 125.- 3.6.2 Anfängliches Randwertproblem 126.- 3.6.3 Prinzip der virtuell.- 3.7 Schädigung und Versagen 129.- 3.7.1 Physikalische Konsequenzen 129.- 3.7.2 Dehnungslokalisierung 130.- 3.7.3 Lineare Bruchmechanik 132.- 3.7.4 J.- Integral 133.- 3.7.5 Kohäsionszonenmodellierung 133.- 3.8 Mehrphasige Kontinuumstheorien 134.- 3.8.1 Mischungstheorie 134.- 3.8.2 Poroelastizitätstheorie 134.- 3.9 Zusammenfassung und Fazit 135.- Anhang: Mathematische Präliminarien 136.- A.1 Laplace- und Fourier-Transformationen 136.- A.2 Matrixalgebra 136.- A.2.1 Spur einer Matrix 137.- A.2.2 Identitätsmatrix 137.- A.2.3 Determinante einer Matrix 137.- A.2.4 Inverse und orthogonale Matrix 138.- A.2.5 Lineare Vektortransformation 138.- A.2.6 Eigenwertproblem 138.- A.2.7 Beziehung zwischen der Spur und den Eigenwerten 139.- A.2 .8 Cayley-Hamilton-Theorem 139.- A.3 Vektoralgebra 140.- A.3.1 Grundlegende Vektoroperationen 140.- A.3.2 Koordinatentransformation 142.- A.4 Tensoralgebra 144.- A.4.1 Sphärischer Tensor 144.- A.4 .2 Tensoroperationen 145.- A.4.3 Invarianten von Tensoren zweiter Ordnung 145.- A.5 Vektor- und Tensorrechnung 146.- A.5.1 Lokale Änderungen von Feldvariablen 146.- A.5.2 Divergenzsatz 147.- Anhang: Einige nützliche Laplace- und Fourier-Transformation…