Моделирование и характеристика мягкой ткани склеры овцы при двухосном нагружении

Автор: Ндлову З., Немахлова Ф., Десаи Д.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 1 (87) т.24, 2020 года.

Бесплатный доступ

Воздействие окружающей среды, травмы головы, тремор глаз приводят к повреждению и нарушению зрения. Только в Соединенных Штатах Америки около 30 000 человек ежегодно теряют зрение на один глаз в результате травмы. Мягкие ткани склеры играют жизненно важную роль в защите, поддержании формы глаза и регуляции внутриглазного давления. Возникновение глаукомы тесно связано с изменениями в склере. Целью исследования является изучение и сравнение механического ответа мягких тканей склеры овец при двухосном растяжении, поскольку данных таких исследований недостаточно. Константы материала, описывающие механическое поведение, были определены с помощью моделей Фанга и Чой-Вито. Для эксперимента использовались глаза овец. Их транспортировали к месту проведения испытаний в замороженном виде, а затем проводили испытание в солевом растворе при температуре 37 °C. Образцы подвергались испытанию в течение 4-6 часов после убоя. Было обнаружено, что ткань склеры овец является нелинейной со средним значением анизотропии A, равным 0,69 и 0,74 в моделях Фанга и Чои-Вито соответственно. Коэффициенты корреляции R 2 между экспериментальной и гиперупругими моделями были равны 0,98 и 0,95, при этом модель Фанга лучше соответствовала эксперементальным данным и демонстрировала более анизотропное поведение, чем модель Чой-Вито.

Еще

Испытание на двухосное растяжение, механика мягких тканей, механика склеры, характеристика тканей, определяющие соотношения

Короткий адрес: https://sciup.org/146282162

IDR: 146282162   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2020.1.09

Список литературы Моделирование и характеристика мягкой ткани склеры овцы при двухосном нагружении

  • Arroyave G.A.I., Lima R.G., Martins P.A.L.S., Ramiäo N., Jorge R.M.N. Methodology for mechanical characterization of soft biological tissues: arteries // Procedia Engineering. - 2015. - Vol. 110. - P. 74-81.
  • Asejczyk-Widlicka M., Srodka W., Schachar R.A., Pierscionek B.K. Material properties of the cornea and sclera: a modelling approach to test experimental analysis // J. Biomech. - 2011. - Vol. 44. - P. 543-546.
  • Bisplinghoff J.A., Mcnally C., Manoogian S.J., Duma S.M. Dynamic material properties of the human sclera // J. Biomech. - 2009. - Vol. 42. - P. 1493-1497.
  • Burrowes K.S., Iravani A., Kang W. Integrated lung tissue mechanics one piece at a time: computational modeling across the scales of biology // Clin. Biomech. (Bristol, Avon). - 2019. - Vol. 66. - P. 20-31.
  • Chew P.H., Yin F.C.P., Zeger S.L. Biaxial stress-strain properties of canine pericardium // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. - 1986. - Vol. 18. - P. 567-578.
  • Choi H.S.,Vito R.P. Two-dimensional stress-strain relationship for canine pericardium // Journal of Biomechanical Engineering. - 1990. - Vol. 112. - P. 153-159.
  • Cruz Perez B., Tang J., Morris H.J., Palko J.R., Pan X., Hart R.T., Liu J. Biaxial mechanical testing of posterior sclera using high-resolution ultrasound speckle tracking for strain measurements // J. Biomech. -2014. - Vol. 47. - P. 1151-1156.
  • de Bortoli D., Motke Wrubleski E., Marczak R., Gheller J.R. Hyperfit - curve fitting software for incompressible hyperelastic material models // 21st Brazilian Congress of Mechanical Engineering. - Natal, RN, 2011. - 10 p.
  • Downs J.C., Suh J.K., Thomas K.A., Bellezza A.J., Burgoyne C.F., Hart R.T. Viscoelastic characterization of peripapillary sclera: material properties by quadrant in rabbit and monkey eyes // J. Biomech. Eng. -2003. - Vol. 125. - P. 124-131.
  • Eilaghi A., Flanagan J.G., Tertinegg I., Simmons C.A., Wayne Brodland G., Ross Ethier C. Biaxial mechanical testing of human sclera // J. Biomech. - 2010. - Vol. 43. - P. 1696-1701.
  • Elsheikh A., Geraghty B., Alhasso D., Knappett J., Campanelli M., Rama P. Regional variation in the biomechanical properties of the human sclera // J. Exp. Eye Res. - 2010. - Vol. 90. - P. 624-633.
  • Fallenstein G.T., Hulce V.D., Melvin J.W. Dynamic mechanical properties of human brain tissue // Journal of Biomechanics. - 1969. - Vol. 2. - P. 217-226.
  • Fatemifar F., Feldman M.D., Oglesby M., Han H.C. Comparison of biomechanical properties and microstructure of trabeculae carneae, papillary muscles, and myocardium in the human heart // Journal of Biomechanical Engineering. - 2018. - Vol. 141. -10 p.
  • Fazio M.A., Grytz R., Morris J.S., Bruno L., Gardiner S.K., Girkin C.A., Downs J.C. Age-related changes in human peripapillary scleral strain // Biomech. Model. Mechanobiol. -2014. - Vol. 13. - P. 551-563.
  • Fung Y.C. What are the residual stresses doing in our blood vessels // Annals of Biomedical Engineering. -1991. - Vol. 19. - P. 237-249.
  • Gasser T.C., Grytsan A. Biomechanical modeling the adaptation of soft biological tissue // Current Opinion in Biomedical Engineering. - 2017. - Vol. 1. - P. 71-77.
  • Geraghty B., Jones S.W., Rama P., Akhtar R., Elsheikh A. Age-related variations in the biomechanical properties of human sclera // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. - 2012. - Vol. 16. - P. 181-191.
  • Girard M.J., Suh J.K., Bottlang M., Burgoyne C.F., Downs J.C. Biomechanical changes in the sclera of monkey eyes exposed to chronic IOP elevations // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2011. - Vol. 52. -P. 5656-5669.
  • Girard M.J., Suh J.K., Bottlang M., Burgoyne C.F., Downs J.C. Scleral biomechanics in the aging monkey eye // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2009. - Vol. 50. - P. 5226-5237.
  • Grytz R., Fazio M.A., Girard M.J., Libertiaux V., Bruno L., Gardiner S., Girkin C.A., Downs J.C. Material properties of the posterior human sclera // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. - 2014. - Vol. 29. - P. 602-617.
  • Grytz R., FazioM.A., Libertiaux V., Bruno L., Gardiner S., Girkin C.A., Downs J.C. Age- and race-related differences in human scleral material properties // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2014. - Vol. 55. -P. 8163-8172.
  • Grytz R., Meschke G. A computational remodeling approach to predict the physiological architecture of the collagen fibril network in corneo-scleral shells // J. Biomech. Model. Mechanobiol. - 2010. - Vol. 9. -P. 225-235.
  • Kural M.H., Cai M., Tang D., Gwyther T., Zheng J., Billiar K.L. Planar biaxial characterization of diseased human coronary and carotid arteries for computational modeling // J. Biomech. - 2012. - Vol. 45. -P. 790-798.
  • Lagan S.D., Liber-Knec A. Experimental testing and constitutive modeling of the mechanical properties of the swine skin tissue // Acta Bioeng. Biomech. - 2017. - Vol. 19. - P. 93-102.
  • Lanchares E., Navarro R., Calvo B. Hyperelastic modelling of the crystalline lens: accommodation and presbyopia // Journal of Optometry. - 2012. - Vol. 5. - P. 110-120.
  • Lari D.R., Schultz D.S., Wang A.S., Lee O.T., Stewart J.M. Scleral mechanics: comparing whole globe inflation and uniaxial testing // Exp. Eye Res. - 2012. - Vol. 94. - P. 128-135.
  • Linka K., Hillgartner M., Itskov M. Fatigue of soft fibrous tissues: multi-scale mechanics and constitutive modeling // Acta Biomater. - 2018. - Vol. 71. - P. 398-410.
  • Nayar V.T., Weiland J.D., Hodge A.M. Characterization of porcine sclera using instrumented nanoindentation // Materials Science and Engineering: C. - 2011. - Vol. 31. - P. 796-800.
  • Nemavhola F. Biaxial quantification of passive porcine myocardium elastic properties by region // Engineering Solid Mechanics. - 2017. - P. 155-166.
  • Norman R.E., Flanagan J.G., Rausch S.M., SigalI.A., Tertinegg I., Eilaghi A., Portnoy S., Sled J.G., Ethier C.R. Dimensions of the human sclera: thickness measurement and regional changes with axial length // Exp. Eye Res. -2010. - Vol. 90. - P. 277-284.
  • Norman R.E., Flanagan J.G., Sigal I.A., Rausch S.M., Tertinegg I., Ethier C.R. Finite element modeling of the human sclera: influence on optic nerve head biomechanics and connections with glaucoma // Exp. Eye Res. - 2011. - Vol. 93. - P. 4-12.
  • Palko J.R., Pan X., Liu J. Dynamic testing of regional viscoelastic behavior of canine sclera // Exp. Eye Res. - 2011. - Vol. 93. - P. 825-832.
  • Rangarajan N., Kamalakkannan S.B., Hasija V., Shams T., Jenny C., Serbanescu I., Ho J., Rusinek M., Levin A.V. Finite element model of ocular injury in abusive head trauma // J. AAPOS. - 2009. - Vol. 13. -P. 364-369.
  • Sun W., Sacks M.S. Finite element implementation of a generalized Fung-elastic constitutive model for planar soft tissues // Biomech. Model. Mechanobiol. - 2005. - Vol. 4. - P. 190-199.
  • Treibel T.A., White S.K., Moon J.C. Myocardial tissue characterization: histological and pathophysiological correlation // Curr. Cardiovasc. Imaging Rep. - 2014. - Vol. 7. - 9 p.
  • Veljkovic D., Kojic M. Prediction of planar uniaxial and constrained biaxial state of deformationby commonly used anisotropic constitutive models in arterial mechanics // Journal of the Serbian Society for Computational Mechanics. - 2010. - Vol.4. - P. 54-74.
  • Wang S., Singh M., Tran T.T., Leach J., Aglyamov S.R., Larina I.V., Martin J.F., Larin K. V. Biomechanical assessment of myocardial infarction using optical coherence elastography // Biomed. Opt. Express. -2018. - Vol. 9. - P. 728-742.
  • Wollensak G., Spoerl E. Collagen crosslinking of human and porcine sclera // J. Cataract. Refract. Surg. -2004. - Vol. 30. - P. 689-695.
Еще
Статья научная