Caracterização biomecânica de tecidos moles Humanos Usando recuo e testes de tração

Vários protocolos de tração e recuo foram publicados para caracterizar tecidos moles humanos. Nós fornecemos um outro método, que pretende ser mais do diagnóstico e não destrutiva. As amostras submetidas a teste mecânico neste protocolo são limitadas pela carga, em vez de por deslocamento, como transdutores são mais sensíveis do que para carregar ao deslocamento. Portanto, reproduções da experiência pode ser mais preciso através de tecidos e materiais sintéticos. Usando esta técnica, que têm demonstrado um protocolo de tracção para avaliação de tecido da pele e um protocolo de recuo para a análise de tecido de cartilagem. Ambos os protocolos são fáceis e simples de implementar e poderiam ser considerados para a caracterização de tecidos moles humanos e construções de engenharia de tecidos.

Um dos passos essenciais da metodologia para obter uma curva de tensão-relaxamento adequado para análise é o de assegurar que a amostra não deslize durante o ensaio. fixação adequada é requirEd, mas isto tem de ser equilibrado contra a causar qualquer tensão sobre os espécimes e assegurando que o penetrador é perpendicular à superfície, para prevenir qualquer carga de cisalhamento. É crítico que a composição assim como o tamanho e forma do tecido são semelhantes entre as amostras. Para a cartilagem, é vital para usar um protocolo de dissecção repetível e as dimensões da amostra. Para as amostras de pele, é vital para remover todo o tecido subcutâneo, a fim de obter uma amostra repetível. É também importante para garantir que, para todas as amostras, as amostras são idênticas condições, incluindo a hidratação, a temperatura ambiente, e o processo de descongelamento, se for caso disso.

Existem algumas limitações para os protocolos apresentados. Estudos sugeriram que as características de deformação da pele e cartilagem são dependentes de orientação da amostra ^13. A pele foi reconhecida como anisotrópica, tanto para trás como o século ^19, com Langer demonstrar em 1861 que a pele tem linhas naturaisde tensão, referidas como linhas de Langer ^4. Assim, quando caracterizar amostras de pele, é importante que todas as amostras orientação paralela ou perpendicular às linhas Langer para evitar a introdução de um viés metodologia ^4. Cartilagem também mostra as propriedades anisotrópicas e contém linhas Hultkrantz, que são equivalentes às linhas de Langer, de modo que a cartilagem pode deformar-se de forma diferente de acordo com a direcção em que ele é carregado ^{12, 19.} Assim, é importante para aumentar o tamanho da amostra para permitir o teste de cartilagem em diferentes direcções. Como propriedades biomecânicas do tecido também variam com a idade e sexo, os estudos devem ser realizados com uma coorte representativa paciente para manter validade ao ambiente clínico. Além disso, alguns protocolos mecânicas defender pré-condicionamento, onde o tecido é submetido a cargas cíclicas para assegurar que o tecido se encontra num estado estacionário para o teste subsequente mecânica ^20. No entanto, o mecanismo exacto de precondicionamento não é clara e o número exacto de ciclos necessário para produzir uma resposta consistente e repetível varia em diferentes estudos ^20. O pesquisador deve considerar se deve ou não incluir o pré-condicionamento depois de avaliar a razão para a realização do teste biomecânico específico ^20.

A pele é um material complexo, multi-camadas, divididas em três camadas principais: a epiderme, derme e hipoderme ^4. As propriedades mecânicas do tecido da pele têm sido recentemente avaliada usando testes in vivo ^4. No entanto, os protocolos de ensaio de tracção pode ser utilizada para compreender a biomecânica da pele de pele excisada ^4. Esses testes podem fornecer informações para modelar as relações tensão-deformação, uma vez que as condições de contorno pode ser definido ^4. Normalmente, in vitro regimes de teste usar tensões elevadas para caracterizar o material ao fracasso, enquanto in vivo uso de sistemasbaixa exigência varia ^4. Quando se comparam os valores biomecânicas para a pele excisadas em tensão, existe uma grande variabilidade entre os diferentes estudos, variando de 2,9-150 MPa ^4. As grandes diferenças entre os sujeitos são esperados devido à variação biológica natural, mas as diferenças de regimes de protocolo também pode agravar essas diferenças biológicas naturais. Por exemplo, as diferenças nas taxas de carga, entre os protocolos irá causar variação, como maiores taxas de carregamento causar menos tempo para que o fluido flua para fora, resultando em uma maior rigidez. Os protocolos de preparação, excisão e de manipulação do tecido da pele também irá causar diferenças nas propriedades mecânicas ^4. Este protocolo demonstrado para a pele teste fornece um método alternativo para os investigadores para caracterizar o tecido da pele. Ele oferece algumas vantagens, incluindo a capacidade de identificar as propriedades elásticas e viscoelásticas dos tecidos da pele em um teste mecânico, permitindo uma maior compreensão da peleem um curto espaço de tempo. Além disso, o mesmo teste pode ser aplicado a substituições por engenharia de tecidos para a fabricação de construções com propriedades biomecânicas semelhantes como a pele nativa.

Testes recuo fornece uma opção atraente em comparação com testes de compressão confinada para compreender a biomecânica da cartilagem ^21. De entalhe, tem a capacidade de preservar a estrutura fisiológica da cartilagem e, assim, fornece valores que imitam os de um ambiente clínico. Usando recuo, também é possível testar a cartilagem enquanto ainda ligados ao osso subjacente. A indentação permite também o teste fisiológico de cartilagem como in vivo. Quando duas superfícies da cartilagem aproximam um do outro, as bordas em torno da área de contato "protuberância" devido à água sob a área de contato que está sendo deslocado lateralmente após a deformação à compressão ocorre ^{17, 21.} recuo cartilagem deve ser conduzida com um inDenter com um raio menor do que a amostra de cartilagem para permitir abaulamento semelhante. O tamanho do penetrador também deve ser de pelo menos 8 vezes o tamanho da amostra para assegurar que a cartilagem reage como se fosse parte de uma amostra de ²² indefinido. Usando um penetrador muito menor do que o raio do diâmetro amostra elimina quaisquer efeitos de bordo presente na criação espécime. Além disso, o recuo evita possíveis erros experimentais causadas por defeitos testar cartilagem danificada por extracção da amostra. Indentação também não envolve a preparação da amostra profunda, tais como a compressão limitada, permitindo pequenos pedaços, finas de cartilagem a ser testada ^{17, 21.} Além disso, o método não destrutivo de recuo significa que ele tem uma potencial aplicação na prática clínica como uma ferramenta de diagnóstico, após estudos de validação e de verificação ter sido realizada.

Existem suposições-chave com recuo que o usuário deve assegurar, para appropresultados riate. A condição de limite crítico no carregamento de recuo exige um contacto constante entre o penetrador e a superfície da cartilagem (isto é, a superfície que não se deforma para longe do penetrador) ^{23, 24.} Indentação de carga inclui também a condição de contorno assumido que o contacto entre a superfície da cartilagem e o penetrador é não destrutiva (ou seja, que o penetrador está em contacto com a superfície, mas não atravessa a superfície; superfície da cartilagem não deve falhar sob a penetrador) ^25-26. Estudos têm mostrado que esta condição de limite pode ser verificada através da utilização de tinta da China, que irá manchar áreas danificadas quando aplicado à superfície da cartilagem ^{25, 26.} Uma outra condição de contorno assume que o penetrador comprime a cartilagem perpendicular à superfície da amostra. A orientação perpendicular da compressão é um importante limite condition porque comprimindo a um ângulo, em especial se usar cargas cíclicas, podem causar o escorregamento, o que pode induzir componentes de cisalhamento e alterar a carga mecânica. Esta condição pode ser assegurada através de equipamento de teste cuidadoso configurar.

Após os protocolos resumidos foram otimizados para o tecido mole de interesse, seria útil para os investigadores a olhar para o ensaio dinâmico de tecido de interesse. Carregamento cíclico adequado de exemplares deve imitar limites fisiológicos normais e comportamentos, tais como imitando a pé ou de outros movimentos repetitivos ^27. Em resumo, o presente relatório demonstra protocolos de ensaio mecânico simples para avaliar tecidos humanos. A implementação destes protocolos será fornecer informações fundamentais sobre as características biomecânicas de tecidos, permitindo construções de engenharia de tecidos para melhor imitar o tecido nativo.