デジタル画像相関を使用すると、血管の組織標本のローカル株を特徴づけるために、
Summary
We describe the use of digital image correlation to characterize the local surface strain field on vascular tissue samples subjected to uniaxial tensile testing. These measurements facilitate precise quantification of the sample mechanical response and the generation of constitutive stress-strain relations.
Abstract
Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and product development. Stress-strain relationships are typically obtained from mechanical testing data to enable comparative assessment among samples and in some cases identification of constitutive mechanical properties. However, errors may be introduced through the use of average strain measures, as significant heterogeneity in the strain field may result from geometrical non-uniformity of the sample and stress concentrations induced by mounting/gripping of soft tissues within the test system. When strain field heterogeneity is significant, accurate assessment of the sample mechanical response requires measurement of local strains. This study demonstrates a novel biomechanical testing protocol for calculating local surface strains using a mechanical testing device coupled with a high resolution camera and a digital image correlation technique. A series of sample surface images are acquired and then analyzed to quantify the local surface strain of a vascular tissue specimen subjected to ramped uniaxial loading. This approach can improve accuracy in experimental vascular biomechanics and has potential for broader use among other native soft tissues, engineered soft tissues, and soft hydrogel/polymeric materials. In the video, we demonstrate how to set up the system components and perform a complete experiment on native vascular tissue.
Introduction
50年間に及ぶ研究の豊かな歴史は、血管組織の機械的特性を定量化する上で注目されています。これらの研究は、血管内デバイスの有効性/互換性を評価するための基礎を提供する、私たちはより良い血管の生理学的および病理学的行動の両方を理解することを可能にし、設計された血管の設計および製造における援助は1-6を構築します。軟組織と機械的特性の構成的モデリングの機械的応答の正確な測定は、本質的に、ほとんどの組織の種類によって示さ機械的異質、異方性、および非線形性のために挑戦しています。また、実験的な測定は、多くの場合、地元の機械的試験の過程でサンプルグリップ界面に導入された複雑さ（ すなわち、曲げ、摩擦、応力集中、涙）と組織が 生きている動物から切除された後の機械的特性の必然的な移行によって混乱しています。 </ P>
一軸引張試験は、固体材料で作られた試料上で実行することができる最も簡単な機械的試験の中で、多くの場合、血管組織の機械的応答を評価するために使用されます。これらの実験の結果は、両方のネイティブおよび改変された組織源のために有用な予備的な情報を提供し、血管壁7-11の機械的挙動に特定の治療、疾患状態、または薬理学的化合物の効果を比較するために使用することができます。
軟組織の一軸性の機械的試験は、典型的には、最も一般的には犬の骨または7,8,12-14リング状であり、比較的均一な幾何学的形状、を有するサンプルに対して行われます。しかし、これらの理想化されたジオメトリからの大きな逸脱が原因で検査システム内の組織の解剖、分離、およびクランプに関連する課題に発生する可能性があります。幾何学における任意の不均一性は、最終的には、不均一応力とひずみを生じさせますサンプルは実際のサンプル形状だけでなく、（グリップに対して）サンプルサイズと材料9,15,16の機械的性質に依存する不均一性の程度と、一軸延伸に供されるフィールド。磁場不均一性が重要である場合には、相対的なグリップ位置に基づいて、試料の歪みの計算は不正確と機械的挙動を評価するため、したがって不十分な基礎です。
ビデオ分析システムは広く、多くの場合、試料表面17,18に印加される高コントラスト色素マーカーを使用して、軟組織のひずみを測定するために使用されてきました。デジタル画像相関、変形前後の試験片の表面にグレーレベル強度値を比較することにより、全視野面の歪みを測定する光学計量技術は、ビデオと一緒に使用されてきた軟組織19-21の分析。デジタル画像相関のいくつかの利点がinterferometrに比べて存在します測定のために使用することができるICの方法。まず、非接触測定技術としては、測定システムは、試料に影響を及ぼしている方法による材料特性を変更するの交絡の影響を最小限に抑えます。第二に、それはそれほど厳格な測定環境を必要とし、他の方法よりも感度、解像度のより広い範囲を有します。第三に、全視野を捕捉する能力に恵まれて、この技術は、平均とローカル機械的応答の両方を特徴付けることができます。この方法の詳細については、読者は、Suttonの22本を参照することをお勧めします。
試料表面のひずみ場を得るために、2次元デジタル画像相関法（2D-DIC）を使用することができます。要するに、標本の画像は無負荷、様々なロードされた状態で撮影されています。最初の画像は、後続の計算のためのメッシュを形成する部分集合（M×M画素）と呼ばれる小さな正方形に分割され、2Dの歪み場。変形した試料中の各四角形の位置は、画像マッチングアルゴリズムを用いて得られます。各正方形の動きは次いで多項式フィッティングまたは有限要素補間を含む種々の方法を介して、変形勾配および株を導出するために使用することができ、変位場を得、画像ごとの画像、追跡されます。現在の原稿では、一軸引張試験および2D-DICの統合により、ネイティブの血管組織の表面歪み場の評価のための詳細な方法論を提供しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
以前の研究は、試料株18,20,21,23,24を評価するために 、色素追跡ビデオ方法の広い範囲を使用していますが、私たちの現在の目的は、評価のための2D-DICと結合一軸引張試験に総合的な方法論を提供することです表面は、血管組織試料に菌株。サンプルは一軸負荷を受けるように、高解像度のカメラと、社内の画像解析ソフトウェアを用いて、歪み場は、所定の表面領域内で測定するこ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ソフトウェアおよび技術サポートは、相関ソリューションズ株式会社（www.correlatedsolutions.com）の礼儀でした。
Materials
| Uniaxial tensile mechanical tester | Enduratec | 3230 AT/HR | |
| Blue tissue marking dye | http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ed811f696 | ||
| Sprayer | Anest-iwata | CM-B | Custom Micron B |
| Camera | Point Grey | GS2-GE-50S5M-C | |
| Lens | Tokina | AT-X M100 | |
| Vascular tissue | Caughman Inc | ||
| 0.9% Sodium Chloride Injection PBS | BAXTER HEALTHCARE CORP. | ||
| Vic_snap | Correlated Solutions | ||
| Vic_2D | Correlated Solutions | ||
| Wintest 4.1 | Bose ElectroForce | ||
| Tissue adhesive | 3M Vetbond | 1469SB | |
| Disinfectant | Fisher Scientific | 04-355-13 | Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant |
Referências
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