El uso de Correlación Digital de Imágenes para caracterizar cepas locales en muestras de tejido vascular

El objetivo general de este protocolo es caracterizar el campo de deformación superficial local en muestras de tejido vascular. Esto se logra utilizando una técnica de correlación de imágenes digitales con ensayos de tracción uniaxial. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la mecánica de tejidos blandos y, específicamente, proporcionar información para identificar e invalidar modelos computacionales y matemáticos cada vez más sofisticados de tejido vascular.

La principal ventaja de esta técnica es que facilita la cuantificación precisa de la heterogeinidad de un campo de deformación en la superficie de la muestra, que es una función de las propiedades inherentes del material, la geometría del símbolo y la modalidad de prueba empleada. Tan pronto como el tejido llegue al laboratorio, aísle la aorta abdominal del tejido circundante con tijeras quirúrgicas y fórceps. Luego, lave el recipiente tres veces con una jeringa llena de PBS.

Después de los lavados, use tijeras y pinzas para extraer la mayor cantidad posible de tejido perivascular, sin comprometer la integridad de la muestra. Luego, en la sección media del recipiente, coloque una hoja de afeitar afilada, perpendicular al eje longitudinal del recipiente y corte el recipiente tres veces para hacer dos muestras de anillo. A continuación, coloque una cuchilla en uno de los anillos para hacer un corte radial.

Corte firmemente el anillo para hacer una muestra en forma de tira para pruebas mecánicas uniaxiales. Haz esto con ambos anillos. Guarde temporalmente las dos muestras en una placa de Petri de vidrio de 100 mm sumergida en PBS.

Para motear la superficie de la muestra, tenga un cepillo de aire listo para rociar tinte de marcado de tejidos. Conecte el cepillo de aire a una válvula de presión configurada para producir 100 psi. A continuación, añade el tinte para marcar tejidos.

El diámetro de la boquilla debe calibrarse para diámetros de moteado entre 60 y 100 micras. A continuación, rocíe el tinte de marcado de tejido en la superficie íntima de la muestra durante aproximadamente cinco segundos. Haga esto tres veces para asegurarse de que el patrón de moteado cubra uniformemente la superficie de la muestra.

Para comenzar, monte la muestra en el aparato de prueba. Primero, fije cada extremo de la muestra a una tira de plástico con un adhesivo de tejido. Coloque plástico en la parte superior e inferior de la muestra con el adhesivo, formando un sándwich.

Coloque la muestra plana sobre una tabla de cortar de papel y luego mida sus dimensiones con un calibrador digital. A continuación, inicie los controles del sistema para el aparato de prueba. En la pantalla de inicio del control del sistema, seleccione forma de onda en la barra de tareas ubicada en la pestaña de configuración.

A continuación, ajuste la posición de la empuñadura superior del probador mecánico a menos cuatro mm para proporcionar una extensión de 4 mm en relación con la posición inicial designada en el sistema. Ahora, asegure suavemente una tira de plástico en el agarre superior del probador mecánico y deje que la muestra cuelgue libremente. A continuación, ajuste la posición de la empuñadura inferior para que el extremo libre de la muestra pueda asegurarse sin extensión.

Luego, asegure suavemente la tira de plástico unida al extremo libre, en el agarre inferior del probador. Con la muestra montada, ponga a cero la célula de carga del sistema. A continuación, mida la longitud de la muestra y utilícela como longitud de referencia al calcular las deformaciones circunferenciales globales.

Ahora, en el control del software, ingrese al protocolo de pruebas mecánicas. Aquí, se aplican cuatro ciclos de desplazamiento uniaxial. Cada ciclo extiende la longitud de la muestra en un 18 por ciento a una velocidad de desplazamiento de 0,01 mm por segundo.

Para documentar la prueba, tome una foto cada pocos segundos. Coloque una cámara a 1,5 m del marco de carga, perpendicular a la muestra, y enfóquela en la muestra. En el software de captura de imágenes, en la opción seleccionar sistema"seleccione PGR2, luego configure la ruta del proyecto para guardar las imágenes a analizar.

Haga clic en el icono de cuadrado de tiempo y especifique el intervalo de adquisición como 5 segundos. Ahora, importa la imagen obtenida. Acérquese a una mota individual y, a continuación, cuente el número de píxeles dentro de esta mota individual.

Después de verificar la calidad del patrón de moteado, haga clic simultáneamente en el icono de ejecución" en el sistema y en el icono de inicio" en el software de captura de imágenes para iniciar la prueba. A lo largo del protocolo, rocíe PBS de forma intermitente sobre la muestra para que no se seque. Sin embargo, hágalo siempre que esté en estado descargado, no durante la adquisición de datos.

Después de abrir el software de análisis de imágenes, haga clic en la pestaña "imágenes moteadas" y seleccione todas las imágenes que deben analizarse. Luego, haga clic en la herramienta rectángulo y seleccione el área de interés en la primera imagen. A continuación, introduzca un tamaño de subconjunto de 31 por 31 píxeles y un tamaño de paso de cinco píxeles.

Ahora haga clic en la pestaña "iniciar análisis" en el software y configure la interpolación para que sea una trampa de 8 optimizada. Además, establezca el criterio como cero diferencias cuadradas normalizadas y la opción de pesos de subconjunto como gauciano. Compruebe las opciones de umbral.

Deben estar en el valor predeterminado. A continuación, haga clic en la subpestaña de posprocesamiento en la pestaña de inicio de análisis. Seleccione la opción "cálculo de cadenas" y deje el tamaño y el tipo de filtro como predeterminados.

Establezca el tipo de tensor en Lagrange. Por último, seleccione la pestaña de datos y, a continuación, seleccione una imagen analizada para visualizar el campo de deformación de la superficie. El DIC 2D, junto con las pruebas mecánicas uniaxiales, se utilizó para medir el campo de deformación superficial de una muestra de tejido vascular, en varios estados de deformación.

La naturaleza viscoelástica del tejido fue notable por el grado de histéresis en las curvas de baja cilindrada antes del preacondicionamiento mecánico. Sin embargo, con el precondicionamiento, la histéresis disminuyó gradualmente. Como se esperaba, los valores de deformación circunferencial local aumentaron con el desplazamiento de la muestra aplicada.

La deformación circunferencial fue generalmente menor cerca del centro de la muestra en comparación con cerca de la interfaz de agarre de la muestra. En la dirección longitudinal, la deformación compresiva no uniforme resultante en la superficie íntima de la muestra aumentó a medida que la muestra se extendía gradualmente. Los cambios de color dentro de los contornos para las mediciones de deformación de campo completo muestran claramente la naturaleza altamente heterogénea de la aorta cuando se somete a una carga de tracción uniaxial nominal.

A continuación, se calcularon los coeficientes de variación de los campos deformación deformantes superficiales en direcciones ortogonales en cada estado experimental. Se encontró que la variación en la deformación superficial tiene una relación inversa con la extensión de las muestras. El alto nivel de heterogeneidad en la respuesta del material se cuantifica en la tabla mediante el coeficiente de variación, o CV. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo cuantificar la respuesta mecánica de la superficie local utilizando la correlación de imágenes digitales junto con pruebas de tracción uniaxial de muestras de tejido vascular.

Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la mecánica de tejidos blandos exploraran la respuesta mecánica fisiológica, patológica y modulada del tejido vascular.