نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

آزمایشگاه مکانیک بافت، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران. صندوق پستی 51335/1996

10.22041/ijbme.2020.115624.1526

چکیده

در دهه‌های اخیر، تعیین رفتار مکانیکی بافتهای بسیار نرم به عنوان یک موضوع مورد علاقه و چالش برانگیر در بیومکانیک مطرح بوده است. چنین بافتهایی عملکرد مکانیکی مشخصی ندارند اما مشخصه‌یابی مکانیکی آنها از جنبه طراحی تجهیزات ایمنی، شناسایی الگوهای‌ پیشرفت بیماری‌ها و سرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. بافت کبد یکی از ارگان‌های حیاتی بدن بوده، ساختاری متخلخل و پاره شونده دارد. در بسیاری از سوانح رانندگی و نیز در عملهای جراحی حداقل تهاجم در معرض آسیب مکانیکی قرار دارد. در پژوهش حاضر، تست‌های کششی تک محوره بر روی نمونه‌های کبد گاوی انجام شده است. مدل الاستیک خطی به نتایج حاصل از تست اعمال شده و با اعمال روش تصحیح بریجمن به نتایج مربوطه، تخمین دقیق‌تری از تنش در ناحیه گلویی شدگی بافت به دست آمده است. در طول تست برای به دست آوردن پارمترهای هندسی (شعاع انحنا، کمترین سطح مقطع نمونه) در ناحیه گلویی یک رابط کاربری نرم‌افزاری در محیط فرترن ایجاد شده است. شایان ذکر است که عدم انفصال نمونه‌ از فک‌های دستگاه تست نیز در تصاویر حاصل از نمونه در طول آزمایش، کنترل شده است. بر اساس آزمایشات و روش تصحیح به کار رفته، مدول الاستیک کبد 15.51±1.62 کیلوپاسکال به دست آمد. با توجه به اعداد بسیار متفاوت گزارش شده برای مدول الاستیک کبد، تاثیر قطر نمونه بر روی مدول الاستیک مطالعه شد. قطر مقطع نمونه‌ها بین ۲.۵ تا ۲۰ میلی‌متر تغییر یافت و مشاهده شده که مدول الاستیک و قطر نمونه در بخشی از محدوده آزمایش شده رابطه معکوس دارند. این پدیده را می‌توان به نزدیکی اندازه نمونه به واحدهای ریزساختاری کبد (لوبل‌ها) نسبت داد. بنابراین نمونه‌های نزدیک به ابعاد لوبل، نمی‌توانند المان نماینده مناسبی برای بافت کبد باشند و برای به دست آوردن نتایج درست، قطر مقطع نمونه باید بیش از سه برابر ابعاد لوبل باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Application of the Bridgman Method in More Accurate Determination of Uniaxial Mechanical Properties of Liver

نویسنده [English]

  • Hadi Taghizadeh

Tissue Mechanics Laboratory, Faculty of Biomedical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran, PO. BOX 51335/1996

چکیده [English]

Determining mechanical properties of very soft tissues have been considered as a popular and challenging topic in biomechanics only in the last decades. In addition, these tissues do not have any weight-bearing functions, however, their mechanical characterization is important for designing new safety equipment, diagnosis and treatment of the diseases and tumors. Liver is one of the vital body organs that is highly porous and tearable and is highly susceptible to mechanical damage during accidents and minimally invasive surgeries. In this study, a set of uniaxial tension tests was performed on a bovine liver tissue. Linear elastic model in combination with the Bridgman correction method was utilized to determine the mechanical properties, i.e., Young’s modulus. An image processing software was also developed utilizing MS Visual Fortran language in order to obtain and track required geometric dimensions, i.e., radii of curvature, minimal sample radius in the necking zone, and probable detaching during the test session. Our experiments showed a tensile elastic modulus of 15.51±1.62 kPa for the samples (p< 0.05). Different amounts for elastic modulus of the liver have been reported in the literature. Hence, we conducted tension tests on samples with progressively increasing diameters. The changes in the sample diameter was in the range of 2.5 to 20 mm. In this way, the effect of sample diameter on elastic modulus was inquired. Our results indicate an inverse relation between elastic modulus and diameter in the tested zone. Such phenomena can be attributed to small sample size which is similar to the size of liver lobules (a few millimeters). Hence, samples with diameters in the range of lobule size cannot constitute a suitable representative element for the liver tissue. To obtain valid results the sample diameters should be more than three times that of the lobule.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tissue Biomechanics
  • Stress correction in necking zone
  • Tissue microstructure
  • Tensile tests
  • Liver lobule size