نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

2 استادیار، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

3 دانشیار، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

4 دانشجوی دکترا، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

10.22041/ijbme.2014.14704

چکیده

برای دست­یابی به معادلات ساختاری بافت در شبیه­سازی قلب، از تست­های آزمایشگاهی و معادلات مکانیکی حاکم بر محیط­های پیوسته استفاده می­شود. در این مقاله، با در نظر گرفتن میوکاردیوم قلبی به عنوان یکی­از مهم­ترین بافت­ها، پس­از بررسی شکل و ساختار میوکارد، ویژگی‌های اصلی پاسخ مکانیکی این بافت به صورت غیرفعّال بررسی شد. میوکارد بطن چپ به عنوان یک ماده الاستیک غیرخطی، تراکم ناپذیر و ناهمگن فرض شده و با توجه به داده‌های تست دومحوره در جهت فیبرهای میوکارد، که روی قلب سه گوسفند بالغ انجام شد، مدلی مبتنی بر ساختار آن ارائه گردید. با توجه به داده­های به دست آمده، پارامتر‌های مادی این معادله با برازش داده­ها محاسبه شد و رابطه‌ی نهایی برای تابع انرژی کرنشی براساس نامتغیرهای تانسور کوشی بیان شد. نتایج حاصل در شبیه­سازی بافت قلب سودمند خواهند بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Constitutive Model of Passive Myocardium of Lamb

نویسندگان [English]

  • Navid Soltani 1
  • Abbas Nasiraei Moghaddam 2
  • Nasser Faturaee 3
  • Saeed Seyri 1
  • Aisa Rassoli 4

1 M. Sc Student, Biomechanics Department, Faculty of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology,Tehran, Iran

2 Assistant Professor, Bioelectric Department, Faculty of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology,Tehran, Iran

3 Associate Professor, Biomechanics Department, Faculty of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

4 Ph.D Student, Biomechanics Department, Faculty of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology,Tehran, Iran

چکیده [English]

Experimental tests and equations on the continuum mechanics are used in order to obtain the constitutive models of soft tissue using in predictive heart simulation. Considering the myocardium as one of the important tissues, in this paper first the morphology and structure of myocardium has been reviewed and the mechanical response of passive form of this tissue has been investigated. The myocardium of left ventricle was considered as non linear elastic, in-compressible and non homogeneous material and using of bi-axial test in 3 lambs myocardium on fiber direction; a constitutive model of this tissue has been proposed. The model so constructed is then evaluated against the biaxial data, and values of the material constants have been obtained by curve fitting so the final model states the strain-energy function as cauchy's invariants which can be helpful in heart simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ventricular wall
  • continuum mechanics
  • strain energy tensor
  • local kinematics
  • bi-axial test

[1]     L. L. Demer, F. C. P. Yin, “Passive biaxial mechanical properties of isolated canine myocardium” J Physiol Lond 339, 615–630, 1983.

[2]     F. C. P. Yin, R. K. Strumpf, P. H. Chew, S. L. Zeger, “Quantification of the mechanical properties of non-contracting canine myocardium under simultaneous biaxial loading” J Biomech 20, 577–589, 1987.

[3]     S. H. Gilbert, A. P. Benson, P. Li, A. V. Holden, “Regional localization of left ventricular sheet structure: integration with current models of cardiac fiber, sheet and band structure” Eur J Cardiothoracic Surg 32, 231–249, 2007.

[4]     I. J. LeGrice, B. H. Smaill, L. Z. Chai, S. G. Edgar, J. B. Gavin, P. J. Hunter, “Laminar structure of the heart: ventricular myocyte arrangement and connective tissue architecture in the dog” Am J Physiol Heart Circ Physiol 269, H571–H582, 1995.

[5]     I. J. LeGrice, P. J. Hunter, B. H. Smaill, “Laminar structure of the heart: a mathematical model” Am J Physiol Heart Circ Physiol 272, H2466–H2476, 1997.

[6]     A. A. Young, I. J. LeGrice, M. A. Young, B. H. Smaill, “Extended confocal microscopy of myocardial laminae and collagen network” J Microsc 192, 139–150, 1998.

[7]     G. B. Sands, D. A. Gerneke, D. A. Hooks, C. R. Green, B. H. Smaill, I. J. LeGrice, “Automated imaging of extended tissue volumes using confocal microscopy” Microsc Res Tech 2005: 67, 227–239.

[8]     B. H. Smaill, P. J. Hunter, “Structure and function of the diastolic heart: material properties of passive myocardium. In Theory of heart: biomechanics, biophysics, and nonlinear dynamics of cardiac function (Eds L. Glass, P. J. Hunter A. D. McCulloch)” New York NY Springer pp 1–29, 1991.

[9]     V. P. Novak, F. C. P. Yin, J. D. Humphrey, “Regional mechanical properties of passive myocardium” J Biomech Eng 27, 403–412, 1994.

[10] J. Vossoughi, R. N. Vaishnav, D. J. Patel, “Compressibility of the myocardial tissue” In Advances in bioengineering (ed. Van C. Mow), New York, NY Bioengineering Division, American Society of Mechanical Engineers pp 45–48, 1980.

[11] J. M. Huyghe, D. H. van Campen, T. Arts, R. M. Heethaar, “The constitutive behavior of passive heart muscle tissue, A quasi-linear viscoelastic formulation” J Biomech 24, 841–849, 1991.

[12] W. Michaesl Lai, D. Rubin, E. Krempl, “Introduction to continuum mechanics” third edition Butterworth-Heinemann pp 100-300, 1993.

[13] J. D. Humphrey, F. C. P. Yin, “On constitutive relations and finite deformations of passive cardiac tissue. Part I. A pseudo-strain energy function” J Biomech Eng 109, 298–304, 1987.

[14] J. D. Humphrey, R. K. Strumpf, F. C. P. Yin, “Determination of constitutive relation for passive myocardium. I. A new functional form” J Biomech Eng 112, 333–339, 1990.

[15] B. Y. Gerhard, A. Holzapfel, W. Ogden, “Constitutive modelling of passive myocardium: a structurally based framework for material characterization” Phil Trans R Soc A, 367, 3445–3, 2009.