Биомеханическое Характеристика мягких тканей человека с помощью отступов и испытания на растяжение

Несколько растягивающие и отступов протоколы были опубликованы для характеристики мягких тканей человека. Мы предусмотрели другой метод, целью которого является более диагностики и неразрушающего. Образцы, подвергающиеся механические испытания в данном протоколе ограничены нагрузкой, а не смещением, как преобразователи более чувствительны к загрузке, чем к смещению. Таким образом, репродукции эксперимента могут быть более точными через ткани и синтетических материалов. Используя эту технику, мы показали протокол на растяжение для оценки кожной ткани и протокол отступа для анализа хрящевой ткани. Оба протокола легко и просто осуществить, и можно было бы рассмотреть для характеристики мягких тканей человека и тканевой инженерии конструкций.

Одним из важнейших этапов методологии, чтобы получить кривую релаксации напряжений, пригодную для анализа, чтобы гарантировать, что образец не скользит во время тестирования. Адекватное крепление Requirе изд, но это должно быть уравновешено с вызывая никакого усилия на образцах и обеспечение того, чтобы индентор перпендикулярно поверхности для предотвращения нагрузки на сдвиг. Очень важно, чтобы состав, а также размер и форма ткани сходны между образцами. Для хряща, жизненно важно использовать повторяемые протокол рассечение и типовые размеры. Для образцов кожи, жизненно важно, чтобы удалить всю подкожную ткань, чтобы получить повторяемые образца. Важно также, чтобы гарантировать, что для всех образцов, условия образцов идентичны, в том числе и гидратации, комнатной температуры и размораживания, если это целесообразно.

Есть некоторые ограничения протоколов, представленных. Исследования показали, что деформационные характеристики кожи и хряща зависят от ориентации образца ^13. Кожа была признана анизотропная еще в 19 – ^м веке, с Langer демонстрации в 1861 году , что кожа имеет естественные линиинапряженности, называют Лангер линий ^4. Таким образом, при характеристике образцы кожи, важно сориентировать все образцы параллельно или перпендикулярно к Лангер линий , чтобы избежать введения смещения методологии ^4. Хрящ также показывает анизотропные свойства и содержит Hultkrantz линии, которые эквивалентны Лангер линий, так что хрящ может деформировать – разному в зависимости от направления , в котором оно загружено ^{12, 19.} Таким образом, важно, чтобы увеличить размер выборки, чтобы позволить проводить тестирование хряща в различных направлениях. Как биомеханические свойства ткани также меняются в зависимости от возраста и пола, исследования должны проводиться с представительной группе пациентов, чтобы поддерживать законность в клинических условиях. Кроме того, некоторые механические протоколы выступают переобусловливание, где ткань подвергается циклической нагрузки , чтобы гарантировать , что ткань находится в стабильном состоянии для последующего механического тестирования ^20. Тем не менее, точный механизм рНаладка неясна и точное число циклов , необходимых для получения последовательной и повторяемый ответ варьирует в различных исследованиях ^20. Исследователь должен рассмотреть вопрос о целесообразности или не включать переобусловливание после оценки причину выполнения конкретного биомеханические испытания ^20.

Кожа представляет собой сложный, многослойный материал, разделенный на три основных слоя: эпидермис, дерму и подкожную клетчатку ^4. Механические свойства ткани кожи недавно были оценены с использованием в естественных условиях оценки ^4. Тем не менее, протоколы испытаний на растяжение могут быть использованы для понимания кожи биомеханики вырезанной кожи ^4. Такие тесты могут предоставить информацию для моделирования отношения напряженно-деформированного состояния , так как граничные условия могут быть определены ^4. Как правило, в пробирке режимы тестирования используют высокие штаммы для характеристики материала до разрушения, в то время как использование естественных систем внизкое напряжение в диапазоне ^4. При сравнении значений биомеханических вырезанной кожи при растяжении, имеется большая вариабельность между различными исследованиями, начиная от 2.9-150 МПа ^4. Большие различия между субъектами, как ожидается, из-за естественной биологической изменчивости, но различия в режимах протокола также могут усугубить эти естественные биологические различия. Например, различия в уровне нагрузки между протоколами вызовет изменение, поскольку больше скорость нагрузки вызывают меньше времени для жидкости вытекать, что приводит к более высокой жесткости. Протоколы подготовки, иссечение и обработку ткани кожи также будет вызывать различия в механических свойств ^4. Этот протокол продемонстрировал для тестирования кожи обеспечивает альтернативный метод для исследователей, чтобы охарактеризовать ткани кожи. Она обеспечивает ряд преимуществ, включая возможность выявления упругих и вязкоупругих свойств ткани кожи в одном механических испытаний, что позволяет более глубокому пониманию кожив короткий промежуток времени. Кроме того, тот же тест может быть применен к заменам тканевой инженерии для производства конструкций с аналогичными биомеханических свойств, как родной кожи.

Отступ тестирование обеспечивает привлекательный вариант по сравнению с ограниченного тестирования сжатия для понимания биомеханики хряща ^21. Отступ обладает способностью сохранять физиологическую структуру хряща, и, таким образом, обеспечивает значения, которые имитируют те из клинических условиях. Использование отступа, также возможно, чтобы проверить хрящ в то время как все еще прикреплен к основной кости. Отступы также позволяет физиологического тестирования хряща , как в естественных условиях. Когда две хрящевые поверхности приближаются друг к другу, ребра , окружающие площадь контакта "балджа" из – за воды под зоны контакта смещены в боковом направлении после того, как происходит деформация при сжатии ^{17, 21.} Хрящ отступы должны проводиться с инDENTER с меньшим радиусом, чем образец хрящевой, чтобы позволить подобным выпучивание. Размер индентора также должен быть по крайней мере , в 8 раз превышает размер выборки , чтобы гарантировать , что хрящевой реагирует так , как будто бы он был частью неопределенного образца ^22. Использование индентор намного меньше, чем радиус диаметра образца устраняет любые краевые эффекты, присутствующие в создании образца. Кроме того, отступы позволяет избежать возможных экспериментальных ошибок, вызванных тестирования дефектов хряща поврежденных путем экстракции образца. Отступов также не включает в себя глубокую подготовку образца, например, при компрессии, позволяя маленькие, тонкие кусочки хряща быть испытанным ^{17, 21.} Кроме того, неразрушающим методом вдавливания означает, что он имеет потенциальное применение в клинических условиях, как было проведено диагностическое средство после валидации и верификации исследований.

Есть ключевые допущения с углублением, что пользователь должен обеспечить для appropетел результаты. Критическим граничное условие в отступа нагрузки требует постоянного контакта между индентором и поверхностью хряща (то есть, что поверхность не деформируется от индентора) ^{23, 24.} Отступ нагрузка также включает предполагаемую граничное условие , что контакт между поверхностью хрящевой и индентор является неразрушающим (то есть, что индентор находится в контакте с поверхностью , но не проходит через поверхность, поверхность хрящей не отменялись под индентора) ^{25 – 26.} Исследования показали , что это граничное условие может быть проверена путем использования тушью, которая будет пятно поврежденные участки при нанесении на поверхности хрящевой ^{25, 26.} Еще одно граничное условие предполагает, что индентор сжимает хрящ перпендикулярно к поверхности образца. Перпендикулярная ориентация сжатия является важной границей кондition потому, что сжатие под углом, особенно при использовании циклических нагрузок, может привести к проскальзыванию, которое может вызвать компоненты сдвигающие и изменять механическую нагрузку. Это условие может быть обеспечено за счет тщательной проверки настройки оборудования.

После того, как суммированные протоколы были оптимизированы для мягких тканей интерес, было бы полезно для исследователей, чтобы посмотреть в динамических испытаний интересующей ткани. Соответствующая циклическое нагружение образцов должны имитировать нормальные физиологические пределы и поведение, такие как ходьба или имитирующего других повторяющихся движений ^27. Таким образом, этот отчет демонстрирует простые протоколы механических испытаний для оценки человеческих тканей. Реализация этих протоколов предоставит ключевую информацию о биомеханических характеристик тканей, что позволяет тканевой инженерии конструкции, чтобы лучше имитировать нативной ткани.