Bachelor's Thesis

Prediction possibilities of intracranial aneurysm rupture

Final Thesis 1.31 MB Appendix 115.79 kB

Author of thesis: Dominik Prokop

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Hájek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis is about biomechanical and clinical possibilities of predicting a rupture of an intracranial aneurysm. The thesis starts with a description of the cardiovascular system focusing on the arterial supply of the brain, moreover it points out clinical importance
of intracranial aneurysms. On top of that, separate hemodynamic and morphologic parameters, material characteristics and stress strain relations used to describe mechanical behaviour
of intracranial aneurysms are defined. The thesis concludes with an overview of mathematical models used when estimating the threat of rupture. The practical part is separated in two parts. With the help of analytical calculation the first part assesses the strain in the neck of the saccular intracranial aneurysm, which is assumed to be the critical point when assessing the risk.
The second part focuses on the strain in the wall of the saccular intracranial aneurysm, modelled
as a spherical shell affected by internal pressure, with the help of multiple analytical approaches.

Keywords:

intracranial aneurysms, saccular intracranial aneurysm, rupture of intracanial aneurysm, computational modeling, Laplace equation

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svou bakalářskou práci, po skončení prezentace byly předneseny posudky vedoucího práce a oponenta, včetně jejich hodnocení a připomínek. Následně student odpověděl na otázky položené oponentem v posudku. K práci položili členové komise následující otázky: V tab. 4 uvádite rozměry geometrie, odkud jste tyto hodnoty vzal? Proč jste si vybral právě tyto rozměry? Jak by se situace změnila, kdyby výduť měla dvojnásobnou velikost? Existují kritéria na doporučení, kdy už je výduť kritická a je nebezpečná? Jak byly stanoveny charakteristiky hyperelastického chování materiálu? Obhajoba práce byla hodnocena jako velmi dobrá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

Ing. Lubomír Junek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (člen)
Ing. Dávid Halabuk, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Marcián, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Student zpracoval téma z oblasti biomechaniky, které svým rozsahem přesahuje znalosti bakalářského studia. V odpovídajícím rozsahu se seznámil s lékařskými poznatky o výdutích mozkových tepen a mechanických vlastnostech jejich stěny. V první fázi počítal napětí ve stěně aneurysmatu pomocí teorie lineární pružnosti jako kombinaci kulové a toroidní skořepiny. Protože stěna tepny vykazuje při tlaku krve velké deformace, aplikoval potom na vztahy pro kulovou skořepinu přírůstkovou metodu, která mu umožnila zahrnout jak geometrickou, tak materiálovou nelinearitu. Pro tento účel nahradil výrazně nelineární napěťově deformační křivky stěny aneurysmatu jejich multilineární aproximací. Tyto výpočty představují nejvýznamnější přínos práce, jejich výsledky kvalitativně odpovídají sofistikovanějším modelům používaným ve vědecké literatuře. Na tématu student pracoval dlouhodobě a systematicky, jako slabší bych hodnotil jeho samostatnost a jazykovou stránku práce, ale i tyto slabiny se díky jeho zodpovědnému přístupu ke konzultacím podařilo významně zlepšit. 
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic C

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Petr Hájek, Ph.D.

Bakalářská práce má spíše rešeršní charakter s ukázkovými výpočty napětí a přetvoření aneuryzmatu v závěru. Oceňuji velmi přirozené a logické členění textu s množstvím aktuálních informací, které se týkají i témat, která nejsou probírána na bakalářském studiu. Text je podložen množstvím citací, které se často nedají přiřadit k jednotlivým údajům a někde tyto citace zcela chybí. V textu také chybí reference na obrázky a pokud se objeví, odkazují na jiný obrázek. Analytické výpočty přírůstkovou metodou využívají vztahy prosté pružnosti a pevnosti pro měnící se geometrii. Touto metodou je v tabulce 5 na straně 47 obdržena tloušťka stěny aneuryzmatu menší, než je velikost atomu. Tento nerealistický výsledek je naštěstí v závěru práce uspokojivě okomentován. Práce je protkaná nepřesnostmi (například použitím slova aproximace), obzvlášť v odstavcích, které týkají fluidní mechaniky. Obsah a význam práce je ale pochopitelný, její cíle byly splněny, proto ji doporučuji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations D
Topics for thesis defence:
  1. Na straně 39 píšete, že jedno z omezení využití CFD modelů při posuzování možnosti ruptury aneuryzmatu je, že „zkoumaná část [tepny] bývá izolovaná od zbytku cirkulačního oběhu“. Nenašel jste v literatuře, jak toto omezení obejít?
  2. Na straně 38 píšete, že parametry potřebnými pro výpočet proudění nestlačitelné kapaliny pomocí nestacionárních Navier-Stokesových rovnic jsou „hustota, tlak, v některých místech i průtok.“ Které z těchto parametrů jsou neznámé a které jsou konstanty? Na jaké neznámé závisí průtok?
  3. Na straně 38 také píšete, že pro řešení nestlačitelné tekutiny potřebujete k zjištění tlaku rovnici kontinuity. Z kontextu vyplývá, že při řešení stlačitelné tekutiny ji nepotřebujete. Jaké rovnice potřebujete pro řešení proudění stlačitelné tekutiny konkrétně?
  4. V podkapitole 7.1.1 využíváte ve výpočtu konkrétní hodnotu Poissonova čísla a modulu pružnosti. Ani jedna hodnota není citována – jak byly tyto hodnoty určeny?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová