خانه / مهندسی پزشکی / تحقیقات مهندسی پزشکی / مدل سازی بیومکانیکی برشی از پانکراس خوک

مدل سازی بیومکانیکی برشی از پانکراس خوک

مدل سازی بیومکانیکی برشی از پانکراس خوک

 

نویسندگان:

´S. Nicollea,b,n, L. Noguera,b, J.-F. Paliernea,c

´aUniversité Lyon, F-69622, Lyon, France

´bIFSTTAR, Lyon1, Laboratory of Biomechanics and Impact Mechanics University UMR_T 9406, France

´cCNRS, École Normale Supérieure de Lyon, Laboratoire de Physique, UMR 5672, France

´journal of the mechanical be havior of biomedical materials 26 (2013) 90–۹۷

 

مقدمه (هدف):

ما با ارائه خواص مکانیکی برشی از لوزالمعده خوک با استفاده از رئومتر، هر دو در آزمون های خطی نوسانی و در آزمون فشار با نرخ ثابت از رسیدن به رژیم زیر شکست غیر خطی استفاده می کنیم.نتایج ما نشان می دهد که پانکراس، مدول دینامیکی وابسته به فرکانس کم و ضعیف است که تجربه قابل توجه کرنش سخت شدن فراتر از فشار ۲۰٪ را دارد.در هر دو رژیم خطی و غیر خطی، رفتار ویسکوالاستیک لوزالمعده خوک به دنبال یک مدل دو قدرت چهار پارامتر است که در اعتبارکلیه، کبد و طحال است.از میان چهار اندام جامد شکم، پانکراس ثابت،سازگار ترین و چسبناک ترین    است.

معرفی :

با توجه به محل آناتومیک پانکراس،این بافت کمتر از سایر ارگان های آسیب پذیر، که توسط  ساختار استخوانی قفسه سینه  حفاظت شده و تا حدی توسط معده حفاظت شده است آسیب میبیند.

آسیب های لوزالمعده در درجه اول توسط وسیله نقلیه موتوری ایجاد می شود. اما با توجه به تمام بلانت بدن به ندرت باقی می ماند،(۰٫۲ %) و زخم نافذ (​​۱٫۱٪). اندام های دیگر جامد مانند به عنوان  مثال کبد و طحال به طور قابل توجهی بیشتر زخمی میشوند.

مطالعه در عمق، ۳۷۲ سرنشینان خودرو که آسیب های شکمی را نشان می داد ، ۴٫۶٪ پارگی پانکراس  داشتند،در حالی که کلیه ها، کبد و طحال به ترتیب  ۵٫۶% ، %۲۷ و ۳۷٫۹٪ پارگی داشتند. گزارش شده است که آسیب های نقاط (به عنوان مثال فرمان) در تصادف از جلو به طور عمده تحت تاثیرطحال (۶۳٫۶٪)، دیافراگم (۱۵٪)، کبد (۱۴٫۴٪) واندام های گوارشی (۴٫۶٪)، کلیه و لوزالمعده برای کمتر از ۱٪ از صدمات قرار گرفته شده است.

صرف نظر از علت تروما توسط مطالعه  نزدیک به سه هزار نفر بالغ حفظ ترومای بلانت شکم که لوزالمعده آسیب می بیند، تنها در ۱٫۳٪ موارد صورت گرفت، در حالی که طحال، کبد و کلیه ها به ترتیب مشاهده شد که  در ۳۵%، ۲۵% و ۱۷٪ از موارد، زخمی شدند.

 

دلایل بررسی خواص مکانیکی پانکراس:

  1. نبود سطح جزئیات در المان بدن انسان و مدل خودرو به منظور استفاده برای درک و پیش بینی آسیب ها و مکانیسم محافظتی در شکم در شرایط تصادف.
  2. جمع آوری خواص مواد از پانکراس برای منافع علوم پزشکی برای کالیبره کردن ابزارهای جدید مانند :
    elastography MR وUS

مواد و روش ها:

ابزار انتخابی آزمایش برشی است.رئومتر چرخشی و نمونه های عملی هندسه است. دستگاه موازی صفحه، که در آن یک نمونه دیسک مانند نازک بین دو صفحه مدور ساندویچ و چیده از طریق چرخش یک صفحه قرار دارد.

 

BMEcenter.ir-Z0001

 

آزمون غیر خطی به علت عدم چسبندگی ، بهره مند از آزمایش نرخ کرنش ثابت است به تدریج کشف انتقال به غیر خطی بودن در رفتار وابسته به فشار از بافت رسیدیم.

مدل ویسکوالاستیک غیر خطی پیشنهاد است، مدل جزء به جزء از جمله یک هسته وابسته به فشار قانون قدرت است.به طور خلاصه، رفتار خطی، مربوط به حد فشار کوچک، این است که از یک عنصر جزء به جزء در رابطه با استرس ها با توجه به معادله ساختاری رئولوژیکی است.

BMEcenter.ir-Z0002

BMEcenter.ir-Z0003 BMEcenter.ir-Z0008

نتایج:

در آزمون نوسانی، نمونه ها  پی در پی قرار گرفت و فرکانس پایین تا پاسخ ثابت بود.معمولا پس از سه چرخه بدست می آید.

این اولین گام از پروتکل است به نام “پیش شرط” در مطالعه حاضر و نمونه ای از واکنش پایدار در شکل نمایش داده می شود.مدول دینامیکی لوزالمعده کم است و مسائل مربوط به اینرسی می باشد.

BMEcenter.ir-Z0004    BMEcenter.ir-Z0005

بحث:

در توصیف شرایط آزمایشگاهی از بافت نرم بیولوژیک در مورد درجه حرارت، هیدراتاسیون، شرایط مرزی، مرگ، فساد، ایسکمی وتولید شک در مورد ارتباط در شرایط آزمایشگاهی خواص مکانیکی بافت استفاده می شود.

بنابراین آزمایش برای به حداقل رساندن اختلاف ممکن در خواص داخل بدن در حالی که احترام به مکانیکی و محدودیت های فنی از یک آزمایش داده شده است.

رئولوژیکی آزمون ارائه اطلاعات بر خواص ویسکوالاستیک غیر خطی بافت بیش از یک محدوده در حال حاضر قابل دسترسی با استفاده از روش های دیگر، به ویژه در روش داخل بدن است.

آزمایش رئولوژیکی نمونه هندسی خوبی تعریف شده وشرایط مرزی، و شرایط تجربی برای کنترل درجه حرارت و اجتناب از کم آبی بافت مورد نیاز در این آزمایش است.

BMEcenter.ir-Z0006BMEcenter.ir-Z0007

 

نتیجه گیری:

این مقاله اولین گزارش در مورد خواص لوزالمعده خوک با استفاده از روش های رئولوژیکی است.پانکراس مدول دینامیکی کم و ضعیف وابسته به فرکانس در محدوده ۱۲۰-۱۸۰ ما بین ۰٫۱ و ۰٫۸ هرتز، و تجارب فشار سخت قابل توجه فراتر از فشار ۲۰٪ است.

در مقایسه با دیگر ارگان های شکمی خوب (کلیه، کبد و طحال)، لوزالمعده سازگار ترین و چسبناک است.

 

پاسخ غیر خطی آن به نرخ کرنش ثابت به شرح زیر است:

چهار پارامتر قانون دو قدرت، روابط متقابل شبیه ساز برابر است با:

id¼”crs0060″ refid¼”eq0005 eq0010 eq0015 eq0020 eq0025 eq0030 eq0035 eq0040 eq0045 eq0050 eq0055 eq0060″>1–۱۲,

 که برای بافت کلیه، کبد و طحال توسعه یافته است.

References

´Amin, M., Kunkel, A.G., Le, V.P., Wagenseil, J.E., 2011. Effect of storage duration on the mechanical behavior of mouse carotid

´artery. Journal of Biomechanical Engineering 133, 071007- 1–۰۷۱۰۰۷-۶٫

´Bellini, C., Glass, P., Sitti, M., Di Martino, E.S., 2011. Biaxial mechanical modelling of the small intestine. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 4, 1727–۱۷۴۰٫

´Brunon, A., Bruyère-Garnier, K., Coret, M., 2010. Mechanical characterization of liver capsule through uniaxial quasi-static tensile tests until fracture. Journal of Biomechanics 43, 2221–۲۲۲۷٫

´Caputo, M, 1969. Elasticità e dissipazione. Zanichelli, Bologna.

´Gefen, A., Margulies, S.S., 2004. Are in vivo and in situ brain tissues mechanically similar?. Journal of Biomechanics 37, 1339–۱۳۵۲٫

´Holmes, J.F., McGahan, J.P., Wisner, DH,, 2012. Rate of intra-abdominal injury after a normal abdominal computed tomographic scan in adults with blunt trauma. American Journal of Emergency Medicine 30, 574–۵۷۹٫

´Hrapko, M., van Dommelen, J.A.W., Peters, G.W.M., Wismans, J.S.H. M., 2006. The mechanical behaviour of brain tissue: Large strain response and constitutive modelling. Biorheology 43 (5), 623–۶۳۶٫

´Janssen, J., Schlörer, E., Greiner, L., 2007. EUS elastography of the pancreas: Feasibility and pattern description of the normal pancreas, chronic pancreatitis, and focal pancreatic lesions. Gastrointestinal Endoscopy 65 (7), 971–۹۷۸٫

´Kao, L.S., Bulger, E.M., Parks, D.L., Byrd, G.F., Jurkovich, G.J., 2003. Predictors of morbidity after traumatic pancreatic injury, The Journal of Trauma: Injury, Infection and Critical 55 (5), 898–۹۰۵٫

´Kemper, A.R., Santago, A.C., Stitzel, J.D., Sparks, J.L., Duma, S.M., 2012. Biomechanical response of human spleen in tensile loading. Journal of Biomechanics 45, 348–۳۵۵٫

´Kiss, M.Z., Varghese, T., Hall, T.J., 2004. Viscoelastic characterization of in vitro canine tissue. Physics in Medicine and Biology 49, 4207–۴۲۱۸٫

´Lamielle, S., Cuny, S., Foret-Bruno, J.Y., Petit, P., Vezin, P., Verriest, J.-P., Guillemot, H., 2006. Abdominal injury patterns in real frontal crashes: Influence of crash conditions, occupant seat and restraint systems. In: 50th Annual Proceedings of Association for the Advancement of Automotive Medicine. October 16–۱۸, pp. 109–۱۲۴٫

´Rausch, S.M.K., Martin, C., Bornemann, P.B., Uhlig, S., Wall, W.A., 2011. Material model of lung parenchyma base don living precisión-cut lung slice testing. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 4, 583–۵۹۲٫

´Ruan, J.S., El-Jawahri, R., Barbat, S., Prasad, P., 2005. Biomechanical analysis of human abdominal impact responses and injuries through finite element simulations of a full human body model. Stapp Car Crash Journal 49, 343–۳۶۶٫

´Saraf, H., Ramesh, K.T., Lennon, A.M., Merkle, A.C., Roberts, J.C., 2007. Measurement of dynamic bulk and shear response of soft human tissues. Experimental Mechanics 47, 439–۴۴۹٫

´Shen, F, Tay, T.E., Li, J.Z., Nigen, S., Lee, P.V.S., Chan, H.K., 2006. Modified Bilston nonlinear viscoelastic model for finite element head injury studies. Journal of Biomechanical Engineering 128, 797–۸۰۱٫

´Schiessel, H., Metzler, R., Blumen, A., Nonnenmacher, T.F., 1995. Generalized viscoelastic models: Their fractional equations with solutions. Journal of Physics A: Mathematical and General 28, 6567–۶۵۸۴٫

´Shinkawa, H., Yasuhara, H., Naka, S., Morikane, K., Furuya, Y., Niwa, H., Kikuchi, T., 2004. Characteristic features of abdominal organ injuries associated with gastric rupture in blunt abdominal trauma. The American Journal of Surgery 187, 394–۳۹۷٫

´Snedeker, J.G., Barbezat, M., Niederer, P., Schmidlin, F.R., Farshad, M., 2005. Strain energy density as a rupture criterion for the kidney: impact tests on porcine organs, finite element simulation, and a baseline comparison between human and porcine tissues. Journal of Biomechanics 38, 993–۱۰۰۱٫

´Sparks, J.L., Dupaix, R.B., 2008. Constitutive modelling of rate-dependent stress–strain behavior of human liver in blunt impact loading. Annals of Biomedical Engineering 36 (11), 1883–۱۸۹۲٫

´Takhounts, E.G., Crandall, J.R., Darvish, K., 2003. On the importance of nonlinearity of brain tissue under large deformations. Stapp Car Crash Journal 47, 79–۹۲٫

´Tamura, A., Hayashi, S., Watanabe, I., Nagayama, K., Matsumoto, T., 2007. Mechanical characterization of brain tissue in high-rate compression. Journal of Biomechanical Science and Engineering 2 (3), 115–۱۲۶٫

´Yin, M., Venkatesh, S.K., Grimm, R.C., Rossman, P.J., Manduca, A., Ehman, R.L., 2008. Assessment of the pancreas with MR elastography. Proceedings of the International Society of Magnetic Resonance in Medicine 16, 2627.

´Yoganandan, N., Pintar, F., Generalli, A., et al., 2000. Patterns of abdominal injuries in frontal and side impacts. In: 44th Annual Proceedings of Association for the Advancement of Automotive Medicine. October 16–۱۸, Chicago, Illinois, pp. 17–۳۶.

 

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*