Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

باستخدام ارتباط صورة رقمية لوصف سلالات المحلية على الأوعية الدموية عينات الأنسجة

Published: January 24, 2016 doi: 10.3791/53625
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 2, 1,2
1Biomedical Engineering Program, University of South Carolina, 2Department of Mechanical Engineering, University of South Carolina

Introduction

وقد ركز تاريخ غني من الأبحاث التي تغطي أكثر من 50 عاما على قياس الخواص الميكانيكية للأنسجة وعائية. هذه الدراسات تسمح لنا أن نفهم بشكل أفضل كل من السلوك الفسيولوجية والمرضية للأوعية الدموية، وتوفير أساس لتقييم فعالية / توافق الأجهزة اللف، والمساعدة في تصميم وتصنيع الأوعية الدموية المهندسة يبني 1-6. قياس دقيق للاستجابة الميكانيكية للأنسجة لينة والنمذجة التأسيسي من خصائصها الميكانيكية يمثل تحديا بطبيعتها نظرا لعدم تجانس الميكانيكية، تباين، واستقامة التي أظهرتها معظم أنواع الأنسجة. وعلاوة على ذلك، غالبا ما مرتبك القياسات التجريبية التي التعقيدات المحلية وعرض في واجهات عينة قبضة خلال الاختبارات الميكانيكية (أي، والانحناء، والاحتكاك، وتركيزات الإجهاد، وتمزيق) والتحول الحتمي للالخواص الميكانيكية بمجرد رفعه من أنسجة الحيوانات الحية. </ P>

تجربة الشد ذو محورين من بين أبسط الاختبارات الميكانيكية التي يمكن القيام بها على عينة مصنوعة من مادة صلبة، وغالبا ما تستخدم لتقييم الاستجابة الميكانيكية للأنسجة وعائية. نتائج هذه التجارب توفر معلومات أولية مفيدة لكلا مصادر الأنسجة الأم وهندستها، ويمكن استخدامها لمقارنة تأثير بعض العلاجات، الحالات المرضية، أو المركبات الدوائية على السلوك الميكانيكي للجدار الأوعية الدموية 11/07.

وعادة ما يتم إجراء الاختبار الميكانيكي ذو محورين من الأنسجة الرخوة على عينات مع هندستها موحدة نسبيا، والتي هي الأكثر شيوعا الكلب العظام أو خاتم على شكل 7،8،12-14. ومع ذلك، يمكن أن يحدث اختلافا كبيرا من هذه الأشكال الهندسية المثالية بسبب التحديات المرتبطة تشريح الأنسجة، والعزلة، وتحامل في اختبار النظام. فإن أي عدم تماثله في الهندسة تعطي في النهاية تؤدي إلى الإجهاد والتوتر غير متجانسةالحقول عندما يتعرض العينة إلى تمديد ذو محورين، مع درجة من التجانس يعتمد على شكل عينة الفعلية، وكذلك حجم العينة (نسبة إلى السيطرة) والخواص الميكانيكية للمواد 9،15،16. عندما تكون التغاير المجال كبيرة، وحسابات سلالة العينة على أساس المواقف قبضة النسبية غير دقيقة، وبالتالي يشكل أساسا كافيا لتقييم السلوك الميكانيكي.

وقد استخدمت نظم تحليل الفيديو على نطاق واسع لقياس الضغط من الأنسجة الرخوة، وغالبا ما تستخدم علامات صبغة التباين العالي تطبيقها على سطح العينة 17،18. ارتباط الصور الرقمية، وهي تقنية المترولوجية البصرية والذي يقيس الضغط سطح كامل الحقل بمقارنة قيم الكثافة مستوى الرمادية على سطح العينة قبل وبعد التشوه، وقد تم استخدامها جنبا إلى جنب مع الفيديو تحاليل الأنسجة الرخوة 19-21. هناك العديد من المزايا الرقمية ارتباط صورة مقارنة interferometrطرق جيم التي يمكن استخدامها لقياس. أولا، كأسلوب قياس غير الاتصال، فإنه يقلل من آثار الخلط من تعديل خصائص المواد بسبب الطريقة التي نظام القياس يؤثر على العينة. ثانيا، فإنه يتطلب أقل صرامة البيئة القياس ويحتوي على مجموعة واسعة من حساسية ودقة من الطرق الأخرى. ثالثا، لديها القدرة على التقاط حقل كامل من رأي، يمكن هذا الأسلوب تميز كل من المتوسط ​​والردود الميكانيكية المحلية. للحصول على شرح مفصل للطريقة، ونشجع القراء على رؤية كتاب ساتون (22).

للحصول على حقول الضغط على سطح العينة، وهي ثنائية الأبعاد الرقمية تقنية الصورة الارتباط (2D-DIC) يمكن استخدامها. باختصار، يتم التقاط الصور من العينة في الدول المحملة المفرغة ومختلف. يتم تقسيم الصورة الأولى إلى مربعات صغيرة تسمى فرعية (بكسل M × M) التي تشكل شبكة لحساب لاحق منالحقول سلالة 2D. يتم الحصول على موقف كل مربع في العينة المشوهة باستخدام خوارزمية صورة مطابقة. ثم يتم تعقب حركة كل مربع، صورة تلو صورة، مما أسفر عن تشريد المجالات التي يمكن استخدامها بعد ذلك لاستخلاص التدرجات تشوه والسلالات عبر مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك متعدد الحدود المناسب أو محدود عنصر الاستيفاء. في هذا المخطوط، ونحن نقدم منهجية مفصلة لتقييم مجالات سلالة على سطح الأنسجة الوعائية الأم عن طريق دمج ذو محورين اختبار الشد و2D-مدينة دبي للإنترنت.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: الإجراءات الموضحة أدناه وأجريت كجزء من البروتوكول التي وافقت عليها لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي في جامعة ساوث كارولينا في كولومبيا، ساوث كارولينا.

1. نسيج اقتناء وتشريح

  1. تعقيم جميع الأدوات الجراحية قبل تشريح الأنسجة. مقص الأوتوكلاف الجراحية والملقط مستوى الجميلة وكذلك ريش الجراحية تحت ضغط 15 رطل ودرجة حرارة 121 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.
  2. الحصول على مجموعة واحدة من الخنزير الطازج (7 الشهر الذكور Landrace القديمة، 60-70 كلغ) الكلى مع الشريان الأورطي سليمة من مسلخ المحلي. الأنسجة النقل إلى المختبر في المثلج 1٪ الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) حل.
  3. فور وصوله، وعزل الشريان الأورطي البطني من الأنسجة المحيطة باستخدام مقص جراحي وملقط.
  4. غسل الإناء ثلاث مرات باستخدام حقنة 50 مل مليئة PBS (درجة الحموضة 7.2). باستخدام مقص وملقط، إزالة أكبر قدر ممكن من الأنسجة المحيطة بالأوعية كما POSSible دون تعريض سلامة العينة.
  5. وضع عموديا شفرة حلاقة حادة على الجزء الأوسط من السفينة وتأكد من أنه هو عمودي على المحور الطولي السفينة. إنشاء عينتين حلقة مع كل عرض حوالي 20 ملم من خلال تطبيق ثلاث خفض كفافي متسلسلة مع شفرة الحلاقة.
  6. وضع عموديا شفرة حلاقة حادة على عينة حلقة واحدة مثل أن نصل موجه في اتجاه شعاعي. تطبيق قوة حادة لتسفر عن الشعاعية النشر، والذي ينتج في عينة على شكل شريط لاختبار الميكانيكية ذو محورين. وضع العينة في طبق بتري 100 ملم الزجاج ويغرق في برنامج تلفزيوني حتى تطبيق التنقيط السطحي. تكرار لنموذج حلقة الثانية.

2. إنشاء سطح الرقطة نمط

  1. توصيل البخاخة لصمام الضغط.
  2. ضبط فوهة قطرها من البخاخة لانتاج بقع من 60-100 ميكرون (المدى المناسب لقطر فوهة ينبغييتم تحديدها من الدراسات الأولية).
  3. صب حوالي 2 مل من الأنسجة السوداء بمناسبة الصبغة في وحدة تغذية خطورة البخاخة.
  4. ضع البخاخة ما يقرب من 0.5 متر من العينة.
  5. إزالة عينة من طبق بيتري. رذاذ الأنسجة بمناسبة الصبغة على سطح باطنة من العينة لحوالي 5 ثانية تحت ضغط الرش من 100 رطل. كرر ثلاث مرات للتأكد من أن نمط البقع يغطي موحد سطح العينة.

3. أداء التجارب

  1. نعلق كل طرف من العينة إلى قطاع البلاستيك (1 سم عرض × 1 سم طول × 0.5 سم سماكة) باستخدام مادة لاصقة الأنسجة. ضع العينة على لوحة قطع الأنسجة. ضع العينة بحيث تقع شقة وقياس أبعادها باستخدام الفرجار الرقمية.
  2. بدء ضوابط نظام الاختبارات الميكانيكية. على النظام يتحكم الشاشة الرئيسية، حدد "الموجي" على شريط المهام الموجود على "الإعداد" علامة التبويب.
  3. ميلاديمجرد موقف من قبضة العليا للاختبار الميكانيكية ل-4 مم (4 ملم تمديد النسبي إلى الموقف المبدئي المحدد في النظام). تأمين بلطف قطاع البلاستيك واحد (تعلق على العينة في 3.1) في قبضة العليا للاختبار الميكانيكية والسماح للعينة لشنق بحرية. استخدام الفرجار الرقمية للتأكد من أن المسافة بين العينة وقبضة العليا أقل من 2 ملم.
  4. ضبط يدويا موقف أقل قبضة بحيث يمكن تأمين نهاية خالية من العينة غير قابلة للتمديد. تأمين بلطف قطاع البلاستيك تعلق على نهاية خالية من العينة في قبضة السفلى من اختبار الميكانيكية.
    1. استخدام الفرجار الرقمية للتأكد من أن المسافة بين العينة وأقل قبضة أقل من 2 ملم. الصفر الخلية تحميل النظام. قياس طول العينة واستخدام هذا طول مرجعية لحساب سلالات كفافي العالمية.
  5. أدخل بروتوكول الاختبارات الميكانيكية. البروتوكول المستخدم في تيمظاهرة له يستتبع 4 دورات النزوح ذو محورين التي تمتد على طول العينة بنسبة 18٪ في معدل النزوح من 0.01 ملم / ثانية.
  6. رذاذ متقطع PBS على العينة في جميع أنحاء بروتوكول الاختبار المتبقية لضمان بقائه رطب.
  7. تركيب كاميرا (كاميرا 5 ميجا بكسل، و 100 مم عدسة، حجم بكسل 3.49 ميكرون) على حامل ثلاثي القوائم التي تم وضع 1.5 متر من الإطار التحميل. ضمان الكاميرا وسطح العينة هي عمودي عن طريق وضع الكاميرا إلى أدنى الحقل المتاح من العمق والتلاعب انحيازها بحيث الحقل بأكمله نظر في التركيز.
  8. فتح البرنامج التقاط الصور.
  9. حدد "PGR-2" في الخيار "تحديد النظام".
  10. تحديد مسار مشروع لحفظ الصور ليتم تحليلها.
  11. انقر على "تايم سكوير" رمز وتحديد فترة اقتناء إلى 5 ثانية.
  12. ضبط التعريض الضوئي، والفتحة العددية، وبؤرة العدسة وذلك للحصول على رؤية واضحة للعينة.
  13. ضبط موضع LED لتوفير الإضاءة الكافية على العينة.
  14. انقر على "ابدأ" رمز في البرنامج التقاط الصور للحصول على صورة من سطح العينة.
  15. فتح برنامج تحليل الصور.
  16. استيراد الصورة التي تم الحصول عليها. تكبير على البقع الفردية، ومن ثم عد عدد البكسل في هذا طخة الفردية.
    ملاحظة: التعرف على البقع السوداء تمثيلي. تحديد حجم البقع والمسافة الخطية بين بكسل على كلا الجانبين من البقع التي تحتوي على قيم عالية مماثلة. لحجم البقع مقبول، يجب أن يكون عدد من بكسل عبر عرض لطخة نموذجي أكبر من 3 بكسل. لتحسين القرار المكانية في القياسات، ويجب أن يكون معظم البقع لا يزيد عن 5-7 بكسل عبر عرض من البقع، كلما كان ذلك ممكنا. وبالتالي، فإن البقع نموذجي لهذه الحالة تتراوح بين 10 ميكرون في أصغر و 23 ميكرون في أكبر في البعد الخطي. لتحديد مجموعة فرعية المناسبةحجم، يجب أن يكون مجموعة فرعية نموذجية على الأقل 3 أبيض و 3 بقع سوداء في عرضه. إذا كان طخة النموذجي هو 5 بكسل في البعد الخطي، ثم كل 31x31 فرعية سيكون 105 على الأقل ميكرومتر في البعد الخطي. التباعد بين مراكز فرعية ينبغي أن يكون 1/6 على الأقل من البعد الخطي. وهكذا، على حجم 31x31 فرعية، والمسافة هي 5 بكسل والتي تمثل 18 ميكرون في المسافة الخطية.
  17. بعد التأكد من نوعية نمط البقع، في وقت واحد انقر على "تشغيل" أيقونة في النظام و "ابدأ" رمز في البرنامج التقاط صورة لبدء الاختبار.
  18. التقاط سلسلة من الصور في جميع أنحاء اختبار استخدام الكاميرا والتقاط الصور البرمجيات.

4. إجراءات النظيفة حتى بعد تجربة

  1. ضع عينة التخلص منها في حقيبة واقية وإغلاق الحقيبة. استدعاء قسم الصحة البيئية والسلامة (EHS) في جامعة ولاية كارولينا الجنوبية للتخلص السليم.
  2. إعداد phosphate-محلول مطهر الحرة مع نسبة 1:64 التخفيف من المنظفات المطهرة إلى الماء المقطر. نقع الأدوات الجراحية في هذا الحل لمدة 20 دقيقة.
  3. شطف جيدا البنود المذكورة في 4.2 مع الماء المقطر. تجفيف الأدوات باستخدام منشفة ورقية ثم رش عليها مع الحل الايثانول 70٪. مرة أخرى تجف الأدوات الجراحية باستخدام منشفة ورقية ووضعها من جديد في مربع الأدوات الجراحية.

5. تحليل الصور لقياس حقل سلالة المحلي

  1. فتح برنامج تحليل الصور.
  2. انقر على "صور طخة" علامة التبويب، حدد جميع الصور التي تحتاج إلى تحليل.
  3. انقر على أداة المستطيل وتحديد مجال الاهتمام في الصورة الأولى.
  4. أدخل حجم المجموعة الثانوية 41 × 41 بكسل وحجم الخطوة 5 بكسل.
  5. انقر فوق ابدأ التبويب تحليل في البرنامج، حدد الاستيفاء كما الأمثل 8-فخ. حدد المعيار عن الاختلافات المربعة تطبيع-صفر والأوزان فرعية الخيار كما التمويه.
  6. تعيين خيارات عتبة كما الافتراضي في البرنامج.
  7. انقر على علامة التبويب الفرعية مرحلة ما بعد المعالجة في التبويب تحليل البداية. انقر الخيار سلالة حساب وترك حجم مرشح ونوع من تصفية كما الافتراضي في مجال البرمجيات. تحديد نوع موتر لاغرانج.
  8. حدد علامة التبويب البيانات ثم حدد أي صورة تحليلها لرؤية مجال السلالة السطح.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

البيانات الميكانيكية المكتسبة من رفعت ذو محورين اختبار التمديد على الأنسجة الوعائية تتكون من الحمل مقابل تطبيقها العلاقات عينة النزوح بمعدل النزوح معين. في هذه الدراسة، تم استخدام 2D-DIC بالتزامن مع الاختبار الميكانيكي ذو محورين لقياس المجالات سلالة سطح العينة في الاتجاهات المتعامدة على مختلف الدول المشوهة. ويتجلى طبيعة اللزجة من الأنسجة الوعائية من درجة ملحوظة من التباطؤ في منحنيات الحمل النزوح قبل شروط مسبقة الميكانيكية. لتعزيز استنساخ التجارب الميكانيكية والحصول على استجابة الميكانيكية المرنة، وشروطا مسبقة الأنسجة عبر عدة دورات تحميل وتفريغ حيث تتناقص تدريجيا التباطؤ (الشكل 1). وعلى الرغم من إعداد عينة دقيق جدا ومتزايدة، القياسات 2D مدينة دبي للإنترنت تثبت أن مجال السلالة الناتجة سطح باطنة غير متجانسة للغاية في كل من الاتجاهات كفافي والطولية. كما هو متوقع، وزيادة القيم سلالة كفافي المحلية التطبيقية عينة النزوح. عدم التجانس في نمط سلالة كفافي ينتج عموما القيم التي هي أقل بالقرب من مركز العينة بالمقارنة مع قرب واجهة عينة قبضة، مما يعكس آثار الخناق على السلالات المحلية (الشكل 2). في الاتجاه الطولي، وارتفع ضغطي سلالات غير موحدة الناتجة على سطح العينة باطنة كما تم تمديد عينة تدريجيا، ومجال السلالة الناتجة يسلك درجة أكثر وضوحا من عدم التجانس بالمقارنة مع الاتجاه المحيطي (الشكل 3). تم حساب معامل التغير (CV) من الحقول سلالة السطح في اتجاهات متعامدة لتعكس درجة عدم التجانس ميدانية في دول تجريبية مختارة، ووجد أن ينخفض ​​مفردة النغمة مع زيادة تمديد العينة (الجدول 1).

jove_content "FO: المحافظة على together.within صفحة =" 1 "> الشكل 1
الشكل 1. التجريبية شروط مسبقة من عينة الأنسجة الوعائية للذو محورين اختبار الشد. وشروطا مسبقة عينة مستطيلة الشكل مع ثلاث دورات تحميل وتفريغ للحصول على استجابة مرنة قابلة للتكرار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. مجال السلالة محيطي داخل منطقة عينة من الفائدة. (A) مثال ممثل الأرقط سطح العينة باطنة ومنطقة محددة من الفائدة. (B) المحلي كفافي yyyy إنهاء سلالة ε (٪) ضمن منطقة محددة من الفائدة في زيادة مستويات تطبيقها سلالة كفافي العالمي (ارتفع من 1.6٪ إلى 9٪ إلى 18٪، من اليسار إلى اليمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. مجال الطولية السلالة داخل منطقة عينة من الفائدة. (A) مثال ممثل الأرقط سطح العينة باطنة ومنطقة محددة من الفائدة. (B) المحلي الطولي س س سلالة ε (٪) ضمن منطقة محددة من الفائدة عند مستويات متزايدة من تطبيق سلالة كفافي العالمي (ارتفع من 1.6٪ إلى 9٪ إلى 18٪، من اليسار إلى اليمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

FO: المحافظة على together.within صفحة = "1">
سلالة كفافي العالمي [٪] CV في ε yyyy إنهاء (٪) CV في ε س س (٪)
1.6 11.8 28.1
تسعة 7.4 25.1
18.0 5.6 20.7

الجدول 1. معاملات الاختلاف من الحقول سلالة. معامل التغير (CV) من عينة باطنة المجالات سلالة السطح في كل كفافي (ε السنة) وطولي (ε س س) الاتجاهات في مستويات مختارة من تطبيق سلالة كفافي العالمي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

على الرغم من أن الدراسات السابقة قد استخدمت مجموعة واسعة من الأساليب الفيديو تتبع الصبغ لتقييم عينة سلالة 18،20،21،23،24، وهدفنا هو تقديم منهجية شاملة لزوجين اختبار الشد أحادي المحور مع 2D-DIC لتقييم سلالات على سطح عينات الأنسجة الوعائية. مع كاميرا عالية الدقة وصورة برامج التحليل في المنزل، ويمكن قياس مجال السلالة داخل منطقة سطح محددة سلفا كما تخضع العينة تحميل ذو محورين. ومن الأهمية بمكان بالنسبة الاختبارات الميكانيكية للأنسجة الأوعية الدموية، والتقنية المقدمة يمكن تكييفها مباشرة لتقييم سلالات سطح مستو في اختبارات ثنائية المحوري الذي بدوره تمكن من تحديد خصائص المواد المكونة.

من أجل تسهيل تحليل الصور الرقمية ارتباط، يتم تطبيق نمط البقع على سطح العينة. الطلاء المستخدمة لالتنقيط هو وسم صبغ الأنسجة التي تتمسك بسهولة لمعظم الأسطح الأنسجة اللينة. لتحقيقتتحقق نوعية جيدة من التباين والكثافة المناسبة للنمط البقع، وحجم البقع الأمثل من 60-100 ميكرون والمسافة الرش من 0.5 م عن طريق ضبط فوهة قطرها من البخاخة والمسافة بين العينة والبخاخة. حجم البقع المستخدمة هناك علاقة مباشرة في حل القياسات الناتجة 23،25. كل البقع يجب أن عينات من 3-5 بكسل على الأقل للحصول مقبول ارتباط الصورة. نظرا ل22 ملم × 18 ملم مجال الرؤية وحجم البقع المستخدمة، حل التجربة قدم هو 9 ميكرون / بكسل.

ويستخدم معدل التحميل من 0.01 ملم / ثانية لاختبار الميكانيكية ذلك للحصول على سلسلة من الدول التوازن مشوه شبه ثابت لالأنسجة الوعائية 26،27. منذ الكاميرا وتحميل خلية عالية الدقة على حد سواء حساسة جدا لاهتزازات، ينبغي أن يكون هناك الحد الأدنى من الحركة أثناء التجربة. حتى لو كان صغيرا، يمكن أن تحدث هيئة جامدة الكاميرا / عينة الحركة وثالقياسات 2D مقرها مدينة دبي للإنترنت-نخلط بالمرض. وبالمثل، يمكن أن تحدث عينة تشوه بسبب الجفاف الأنسجة، وبالتالي فمن المهم أن PBS يتم تطبيقها من خلال اختبار لتعزيز دقة 2D-مدينة دبي للإنترنت.

ل2D-مدينة دبي للإنترنت، وتشمل المواصفات المطلوبة حجم فرعية وحجم الخطوة المستخدمة في الخوارزمية صورة مطابقة 22. من أجل الحصول على نتائج دقيقة مع التحيز يكاد يذكر، وينبغي أن تكون على الأقل 3 أسود و 3 بقع بيضاء موجودة في كل مجموعة فرعية، مع كل طخة عينات من 3-5 بكسل على الأقل. كل نقطة البيانات في إخراج توفر بلغ متوسط ​​المعلومات على المربع الذي يتوافق مع حجم فرعية (41x41 بيكسل)، ويعتبر القرار المكاني للتجربة. المسافة بين نقطتي بيانات من حيث حجم الخطوة 5 بكسل في هذه التجربة. من أجل تحقيق أقصى قدر من الدقة في القياسات سلالة البقع النزوح / سطح، يتم تطبيق 8 الصنبور طريقة خدد الاستيفاء للحصول دقيقة، قيم كثافة بكسل فرعي. والمنهجيات 8 الصنبورالتطوير التنظيمي لديها أعلى إلى حد ما الدقة في الحصول على سلالات بالمقارنة مع النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام إما 4 أو 6-الحنفية الحنفية تصفية الاستيفاء. وقد تم اختيار معيار الارتباط "خلافات المربعة تطبيع" لمطابقة أنه لا يتأثر تغيير في نطاق واسع في الإضاءة (على سبيل المثال، عند مجموعة فرعية المشوهة 30٪ أكثر إشراقا من المرجعية). هذا الخيار هو التحديد الافتراضي في البرنامج، وعادة ما يقدم أفضل مزيج من المرونة والنتائج 28. ترجيح فرعية، التي تسيطر كيف يتم ترجيح بكسل داخل فرعية في عملية المطابقة محددا، كما التمويه. مع الأوزان موحدة، ويعتبر كل بكسل داخل فرعية على حد سواء؛ توفر الأوزان جاوس أفضل مزيج من القرار المكانية وقرار التهجير.

تم حساب معامل التغير الحقل سلالة السطح مع برنامج تحليل الصور في المنزل واستخدامها لقياس درجة سلالة عدم التجانس. وcoefانخفض ficient من اختلاف مجال السلالة في كل الاتجاهات كفافي والطولية مع زيادة الضغط كفافي العالمي، الذي لوحظ سابقا في الاختبارات الميكانيكية مماثلة على غيرها من أنواع الأنسجة الوعائية (نتائج غير منشورة). وبناء على هذا الاتجاه مستمر، فمن المعقول أن نتوقع أن الحقول سلالة سطح يمكن أن التجانس بما فيه الكفاية فوق بعض درجة حرجة التمديد بحيث القياسات العالمية والمحلية تتلاقى. ومع ذلك فمن المرجح أن هذه القيمة الحرجة هي نسيجيا وعينة محددة، وبالتالي دعم استخدام القياسات سلالة المحلية لتحديد دقيق لخصائص المواد المكونة.

يجب النظر في العديد من القيود على التفسير الصحيح لدينا المنهجية المقدمة والنتائج. نحن المنصوص عليها مجموعة معتدلة من سلالة كفافي العالمي، وبالتالي كانت لدينا أدرك المقادير السلالة المحلية في كل الاتجاهات كفافي والطولية أقل بكثير من القيم ينظر في الجسم الحي. وعلاوة على ذلك، قمنا بتقييم استجابة الميكانيكية ذو محورين ظل التوجه عينة واحدة، وبالتالي توليد بيانات كافية لتحديد خصائص المواد المكونة للأنسجة وعائية 29،30. ومع ذلك، وهدفنا هو عدم إجراء تحليل شامل الميكانيكية من الشريان الأورطي الخنزيري، وإنما لإثبات وجود بروتوكول تجريبي لزوجين 2D-DIC إلى الاختبار الميكانيكي ذو محورين على الأنسجة اللينة. تقنية الواردة في هذه الوثيقة يمكن أن تمتد بسهولة إلى الاختبار الميكانيكي ذو محورين، وبالتالي على القياس الكمي لخصائص ميكانيكية المكونة للأنسجة وعائية 31-33. طريقة-2D مدينة دبي للإنترنت يلتقط حقل سلالة مستو المقابلة لسطح العينة فقط. عندما تشوه العينة من الطائرة، أو عند العينة هي هندسة غير مستو (على سبيل المثال، الأوعية الدموية)، والتصوير ستيريو رؤية وتقنية 3D مدينة دبي للإنترنت يمكن تطبيقها لقياس الضغط شامل 23،25.

الإقليم الشمالي "> باختصار، تقدم مخطوطة الحالية معلومات مفصلة عن منهجية لدمج ذو محورين اختبار الشد والرقمية ارتباط الصورة لتميز الاستجابة الميكانيكية للأنسجة وعائية الأم. الطريقة المعروضة في هذه الدراسة يمكن أن تتكيف بسهولة لتوصيف الميكانيكية الأخرى مواليد وهندستها الأنسجة الرخوة وكذلك هيدروجيل لينة / المواد البوليمرية، وغير مفيدة بشكل خاص عندما يسلك مجال عينة سلالة سطح عدم تجانس كبير خلال الاختبارات الميكانيكية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم تضارب محتمل في المصالح.

Acknowledgments

البرمجيات والدعم الفني كان من باب المجاملة مربوط حلول إنكوربوريتد (www.correlatedsolutions.com).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Uniaxial tensile mechanical tester Enduratec 3230 AT/HR
Blue tissue marking dye http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ed811f696
Sprayer Anest-iwata CM-B Custom Micron B
Camera Point Grey GS2-GE-50S5M-C
Lens Tokina AT-X M100
Vascular tissue Caughman Inc
0.9% Sodium Chloride Injection PBS BAXTER HEALTHCARE CORP.
Vic_snap Correlated Solutions
Vic_2D Correlated Solutions
Wintest 4.1 Bose ElectroForce
Tissue adhesive  3M Vetbond  1469SB
Disinfectant  Fisher Scientific 04-355-13 Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Holzapfel, G. A. Biomechanics of soft tissue. The handbook of materials behavior models. 3, 1049-1063 (2001).
  2. Vito, R. P., Dixon, S. A. Blood vessel constitutive models-1995-2002. Annu Rev Biomed Eng. 5, 413-439 (2003).
  3. Dodson, R. B., Martin, J. T., Hunter, K. S., Ferguson, V. L. Determination of hyperelastic properties for umbilical artery in preeclampsia from uniaxial extension tests. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 169, 207-212 (2013).
  4. Chuong, C. J., Fung, Y. C. On residual stresses in arteries. J Biomech Eng. 108, 189-192 (1986).
  5. Borschel, G. H., et al. Tissue engineering of recellularized small-diameter vascular grafts. Tissue Eng. 11, 778-786 (2005).
  6. Wagenseil, J. E., Mecham, R. P. Vascular extracellular matrix and arterial mechanics. Physiol Rev. 89, 957-989 (2009).
  7. Holzapfel, G. A. Determination of material models for arterial walls from uniaxial extension tests and histological structure. J Theor Biol. 238, 290-302 (2006).
  8. Tanaka, T. T., Fung, Y. C. Elastic and inelastic properties of the canine aorta and their variation along the aortic tree. J Biomech. 7, 357-370 (1974).
  9. Sokolis, D. Passive mechanical properties and structure of the aorta: segmental analysis. Acta physiologica. 190, 277-289 (2007).
  10. Twal, W., et al. Cellularized Microcarriers as Adhesive Building Blocks for Fabrication of Tubular Tissue Constructs. Ann Biomed Eng. , 1-12 (2013).
  11. Shazly, T., et al. On the Uniaxial Ring Test of Tissue Engineered Constructs. Exp Mech. , 1-11 (2014).
  12. Kim, J., Baek, S. Circumferential variations of mechanical behavior of the porcine thoracic aorta during the inflation test. J Biomech. 44, 1941-1947 (2011).
  13. Li, L., et al. Determination of material parameters of the two-dimensional Holzapfel-Weizsacker type model based on uniaxial extension data of arterial walls. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 16, 358-367 (2013).
  14. Li, L., et al. Determination of the material parameters of four-fibre family model based on uniaxial extension data of arterial walls. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17, 695-703 (2014).
  15. Hoeltzel, D. A., Altman, P., Buzard, K., Choe, K. I. Strip extensiometry for comparison of the mechanical response of bovine, rabbit, and human corneas. J Biomech Eng. 114, 202-215 (1992).
  16. Guo, X., Kassab, G. S. Variation of mechanical properties along the length of the aorta in C57bl/6 mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 285, H2614-H2622 (2003).
  17. Smutz, W., Drexler, M., Berglund, L., Growney, E., An, K. Accuracy of a video strain measurement system. J Biomech. 29, 813-817 (1996).
  18. Genovese, K., Lee, Y. U., Lee, A. Y., Humphrey, J. D. An improved panoramic digital image correlation method for vascular strain analysis and material characterization. J Mech Behav Biomed Mater. 27, 132-142 (2013).
  19. Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression. J Biomech Eng. 124, 557-567 (2002).
  20. Ning, J., et al. Deformation measurements and material property estimation of mouse carotid artery using a microstructure-based constitutive model. J Biomech Eng. 132, 121010 (2010).
  21. Sutton, M. A., et al. Strain field measurements on mouse carotid arteries using microscopic three-dimensional digital image correlation. J Biomed Mater Res A. 84, 178-190 (2008).
  22. Sutton, M. A., Orteu, J. J., Schreier, H. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. , Springer Science & Business Media. (2009).
  23. Verhulp, E., van Rietbergen, B., Huiskes, R. A three-dimensional digital image correlation technique for strain measurements in microstructures. J Biomech. 37, 1313-1320 (2004).
  24. Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression. Journal of Biomechanical Engineering. 124, 557-567 (2002).
  25. Franck, C., Hong, S., Maskarinec, S., Tirrell, D., Ravichandran, G. Three-dimensional full-field measurements of large deformations in soft materials using confocal microscopy and digital volume correlation. Exp Mech. 47, 427-438 (2007).
  26. Garcia, A., et al. Experimental study and constitutive modelling of the passive mechanical properties of the porcine carotid artery and its relation to histological analysis: Implications in animal cardiovascular device trials. Med Eng Phys. 33, 665-676 (2011).
  27. Miller, K. How to test very soft biological tissues in extension? J Biomech. 34, 651-657 (2001).
  28. Sutton, M. A. Springer handbook of experimental solid mechanics. , Springer. 565-600 (2008).
  29. Han, H. C., Fung, Y. C. Longitudinal strain of canine and porcine aortas. J Biomech. 28, 637-641 (1995).
  30. Sokolis, D. P. A passive strain-energy function for elastic and muscular arteries: correlation of material parameters with histological data. Med Biol Eng Comput. 48, 507-518 (2010).
  31. Zhou, B., Wolf, L., Rachev, A., Shazly, T. A structure-motivated model of the passive mechanical response of the primary porcine renal artery. J Mech Med Biol. , (2013).
  32. Zhou, B., Rachev, A., Shazly, T. The biaxial active mechanical properties of the porcine primary renal artery. J Mech Behav Biomed Mater. 48, 28-37 (2015).
  33. Sommer, G., Holzapfel, G. A. 3D constitutive modeling of the biaxial mechanical response of intact and layer-dissected human carotid arteries. J Mech Behav Biomed Mater. 5, 116-128 (2012).

Tags

علم الأحياء الجزيئي، العدد 107، الميكانيكا الحيوية، والأوعية الدموية الأنسجة، أحادي المحور اختبار الشد، محدود مرونة، كامل قياس الانفعال الميدان، الصور الرقمية الارتباط
باستخدام ارتباط صورة رقمية لوصف سلالات المحلية على الأوعية الدموية عينات الأنسجة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhou, B., Ravindran, S., Ferdous,… More

Zhou, B., Ravindran, S., Ferdous, J., Kidane, A., Sutton, M. A., Shazly, T. Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens. J. Vis. Exp. (107), e53625, doi:10.3791/53625 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter