Descriviamo l'uso della correlazione di immagini digitali per caratterizzare il campo di deformazione superficiale locale su campioni di tessuto vascolare sottoposti a prove di trazione uniassiale. Queste misure facilitano la quantificazione precisa della risposta meccanica del campione e la generazione di relazioni costitutive sforzo-deformazione.
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Articolo metodologico
Utilizzo di Digital Image Correlation per caratterizzare ceppi locali vascolari campioni di tessuto
In questo articolo
Sommario
Abstract
La caratterizzazione del comportamento meccanico dei tessuti molli biologici e ingegnerizzati è una componente centrale della ricerca biomedica fondamentale e dello sviluppo del prodotto. Le relazioni sforzo-deformazione sono tipicamente ottenute dai dati dei test meccanici per consentire una valutazione comparativa tra i campioni e, in alcuni casi, l'identificazione delle proprietà meccaniche costitutive. Tuttavia, l'uso di misure di deformazione media può introdurre errori, in quanto una significativa eterogeneità nel campo di deformazione può derivare dalla non uniformità geometrica del campione e dalle concentrazioni di sollecitazione indotte dal montaggio/presa di tessuti molli all'interno del sistema di prova. Quando l'eterogeneità del campo di deformazione è significativa, una valutazione accurata della risposta meccanica del campione richiede la misurazione delle deformazioni locali. Questo studio dimostra un nuovo protocollo di test biomeccanici per il calcolo delle deformazioni superficiali locali utilizzando un dispositivo di test meccanico accoppiato con una fotocamera ad alta risoluzione e una tecnica di correlazione di immagini digitali. Una serie di immagini della superficie del campione vengono acquisite e quindi analizzate per quantificare la deformazione superficiale locale di un campione di tessuto vascolare soggetto a carico uniassiale a rampa. Questo approccio può migliorare l'accuratezza nella biomeccanica vascolare sperimentale e ha il potenziale per un uso più ampio tra altri tessuti molli nativi, tessuti molli ingegnerizzati e materiali idrogel/polimerici morbidi. Nel video, dimostriamo come impostare i componenti del sistema ed eseguire un esperimento completo sul tessuto vascolare nativo.
Introduzione
Una storia ricca di ricerca che dura da oltre 50 anni, è stata focalizzata sulla quantificazione delle proprietà meccaniche dei tessuti vascolari. Questi studi ci permettono di capire meglio sia il comportamento fisiologico e patologico dei vasi sanguigni, forniscono una base per valutare l'efficacia / compatibilità dei dispositivi endovascolari, e l'aiuto nella progettazione e fabbricazione di vascolare ingegnerizzato costrutti 1-6. La misurazione accurata della risposta meccanica dei tessuti molli e la modellazione costitutiva delle loro caratteristiche meccaniche è intrinsecamente difficile a causa della meccanica eterogeneità anisotropia, e non....
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Protocollo
NOTA: Le procedure descritte qui di seguito sono state eseguite come parte di un protocollo approvato dalla cura e l'uso degli animali Comitato Istituzionale presso la University of South Carolina a Columbia, South Carolina.
1. Acquisizione e dissezione dei tessuti
- Sterilizzare tutti gli strumenti chirurgici prima di dissezione dei tessuti. Forbici chirurgiche autoclave e pinza sottile standard e lame chirurgiche sotto pressione di 15 psi e la temperatura di 121 ° C per 15 min.
- Acquisire una serie di suino fresca (7 mesi di età maschi Landrace, 60-70 kg) reni con dell'aorta intatto da un mattatoio locale. Tessuto trasporto al labo....
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Risultati
I dati meccanici acquisiti da una rampa di prova estensione monoassiale sul tessuto vascolare costituito da carico contro applicate rapporti di spostamento del campione ad un determinato tasso di spostamento. In questo studio, 2D-DIC in combinazione con test meccanici monoassiale viene utilizzato per misurare i campi di deformazione della superficie del campione in direzioni ortogonali in varie condizioni di deformi. La natura viscoelastica del tessuto vascolare si manifesta con la notev.......
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Discussione
Sebbene studi precedenti hanno utilizzato una vasta gamma di metodi di video-dye di monitoraggio per valutare tensione campione 18,20,21,23,24, il nostro obiettivo attuale è quello di fornire una metodologia completa per due prove di trazione uniassiale con 2D-DIC per la valutazione di tensioni superficiali su campioni di tessuto vascolare. Con una fotocamera ad alta risoluzione e software di analisi dell'immagine in-house, il campo di deformazione può essere misurata in una regione superficiale predeterm.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno potenziali conflitti di interesse.
Ringraziamenti
Il software e il supporto tecnico sono per gentile concessione di correlata Solutions Incorporated (www.correlatedsolutions.com).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Tester meccanico di trazione uniassiale | Enduratec | 3230 AT/HR | |
| Colorante per marcatura tissutale blu | http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ed811f696 | ||
| spruzzatore | Anest-iwata | CM-B | Custom Micron B |
| Camera | Point Grigio | GS2-GE-50S5M-C | |
| Lente | Tokina | AT-X M100 | |
| Tessuto vascolare | Caughman Inc | ||
| 0,9% Cloruro di sodio Iniezione PBS | BAXTER HEALTHCARE CORP. | ||
| Soluzioni | correlate | ||
| Vic_snap Vic_2D | Soluzioni | ||
| Wintest 4.1 | Bose ElectroForce | ||
| Adesivo tissutale | 3M Vetbond | 1469SB | |
| Disinfettante | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon BDD Bacdown Detergente Disinfettante |
Riferimenti
- Holzapfel, G. A. Biomechanics of soft tissue. The handbook of materials behavior models. 3, 1049-1063 (2001).
- Vito, R. P., Dixon, S. A. Blood vessel constitutive models-1995-2002. Annu Rev Biomed Eng. 5, 413-439 (2003).
- Dodson, R. B., Martin, J. T., Hunter, K. S., Ferguson....
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Ristampe e permessi
