umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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
Modelling of Venous Biomechanics and Evaluation using Imaging, Positive Airway Pressure and Postural Changes
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Physics.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 300 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Knowledge about biomechanical properties of veins is of importance for understanding the physiologyof the venous system. Specifically for this thesis there is a motivation based on an idea of how to usebiomechanics of the vein in the development of new non-invasive measurement techniques for assessingthe pressure in the brain. The cross sectional area of veins is known to depend on pressure changes insidethe vessel. There are many ways of provoking these pressure changes, like changing posture or creating apositive airway pressure.

The hypothesis is that the positive airway pressure will increase the intrathoracic pressure and in turnincrease the pressure in the internal jugular veins by the same magnitude. The cross sectional area will from a pressure change subsequently change with respect to the biomechanical properties of the vessel walls.

A first aim in this study was to determine how the cross sectional area of the internal jugular veins is altered due to changes in airway pressure. A second aim was to develop and evaluate a model where the biomechanical properties of the internal jugular veins is described, based on the relationship between pressure and area of the vein.

Ultrasound measurements were performed on one healthy adult man to study the effect on the cross sectional area at different pressure provocations. Measurements on the subject was performed at four different head up tilt angles, causing a pressure decrease in the internal jugular vein. A controlled Valsalva method was performed to give the positive airway pressure giving corresponding pressure increases. With an increased airway pressure the effect on cross sectional area changes was about 23% of the effect dueto hydrostatic pressure changes, at a tilt angle from 0° to 8°. At a tilt angle from 8° to 16° the effect was about 35%. Thus the venous pressure seems to be increased due to an increased airway pressure, but not tothe same magnitude.

The theoretical model was developed and subsequently evaluated using existing head down tilt magneticresonance imaging data on nine healthy volunteers. An expression for how radius of the vessel depends on pressure changes was derived and evaluated. This expression included individual biomechanical properties that were estimated on group level for the nine subjects. The resulting equation could beused to give an approximate prediction of the increase in radius to a change in venous pressure. In conclusion, the hypothesis suggesting that a positive airway pressure would give an equally increased venous pressure could not be confirmed, and this knowledge should be considered when trying to assess thepressure in the brain with this technique. The derived biomechanical model was promising for predictionof cross sectional area with respect to a change in venous pressure.

Abstract [sv]

Att ha kännedom om biomekaniska egenskaper hos vener är viktigt för att kunna förstå fysiologin hos vensystemet. I den här rapporten finns det i synnerhet ett intresse av detta baserat på en idé för hur veners biomekanik kan användas för att utveckla en ny icke-invasiv mätteknik för att uppskatta trycket i hjärnan. Det är känt att tvärsnittsnittarean av vener beror på tryckförändringar inne i kärlet. Att provocera fram dessatryckförändringar går att göra på många sätt, till exempel genom en förändrad kroppsposition eller genomatt sätta ett positivt tryck på luftvägarna.

Hypotesen är att ett positivt luftvägstryck kommer att höja det intratorakala trycket, vilket i sin turkommer att höja trycket inne i de interna jugularvenerna lika mycket. Tvärsnittsarean kommer därmed att ändras enligt biomekaniska egenkaper hos kärlväggen.

Ett första syftet i det här arbetet var att bestämma hur tvärsnittsarean av de internal jugularvenerna varierar enligt förändringar i luftvägstryck. Det andra syftet var att utveckla en modell som beskriver de biomekaniska egenskaperna hos de interna jugularvenerna. Detta baserat på relationen mellan tryck och area hos venen.

För att studera effekten på tvärsnittsarea för olika tryckprovokationer, genomfördes ultraljudsmätningar på en frisk och vuxen man. Mätningarna på subjektet genomfördes med överkroppen positionerad i fyra olika positiva vinklar relativt horisontalplanet, vilket leder till ett minskat tryck i jugularvenerna. En kontrollerad Valsalvametod användes för att skapa det positiva luftvägstrycket som då ska ge en motsvarande tryckökning. Vid en tiltvinkel på 8° var effekten på areaförändringarna som en följd av ökat luftvägstryck ca 23% av effekten som en följd av de hydrostatiska tryckförändringarna. Vid en tiltvinkel på 16° var effekten ca 35%. Det verkar som att ventrycket ökar med ökat luftvägstryck, men inte med samma storleksordning som det pålagda trycket.

Den teoretiska modellen utvecklades och utvärderades sedemera med hjälp av befintligt MRI-data för nio friska och frivilliga subjekt, där överkropparna var positionerade i nedåt tilt. Modellen bestod av ettuttryck för hur radien av ett kärl beror på tryckförändringar inne i det. Modellen innehåller individspecifika egenskaper men utvärderingen gjordes på gruppnivå för de nio subjekten. Det resulterande uttrycket kunde användas för att ge en approximativ förutsägelse om hur radie förändras till följd av en variation i ventryck.

Som slutsats så kunde hypotesen som föreslog att ett positivt luftvägstryck skulle ge en lika stor ökning av ventryck inte bekräftas. Om denna teknik ska användas för att försöka bestämma trycket i hjärna så måste hänsyn tas till dessa resultat. Den utvecklade biomekaniska modellen verkar lovande för att kunna förutsäga tvärsnittsarea utifrån ventrycksförändringar.

Place, publisher, year, edition, pages
2016.
Keyword [en]
Jugular vein, Venous pressure, Positive airway pressure, Cross sectional area, Posture, Ultrasound
Keyword [sv]
Halsven, Ventryck, Positivt luftvägstryck, Tvärsnittsarea, Kroppsposition, Ultraljud
National Category
Medical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-122228OAI: oai:DiVA.org:umu-122228DiVA: diva2:937760
Subject / course
Examensarbete i teknisk fysik
Educational program
Master of Science Programme in Engineering Physics
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-06-16 Created: 2016-06-15 Last updated: 2016-06-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2370 kB)91 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2370 kBChecksum SHA-512
a99c1b06a680110f41c1c8110662cd6a1bacb34854e6034abbc2b867a5f7511eeccf76ee97b04731f26f00b11028ff5ae5b3577d7baf44a51e86fd73476ec34c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Physics
Medical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 91 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 127 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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