ניסוי-סופי יחד אלמנט דוגמנות מתודולוגיה להערכת הזנים שיעור גבוהים מכאנית תגובה של Biomaterials רך

המטרה הכוללת של הליך זה היא להשיג את קצב המתח הגבוה החד-צירי, תגובת מתח מתח אמיתית של הביו-חומרים הרכים הנבדקים. זה מושג על ידי בדיקת דגימת מוח תחילה במוט לחץ הופקינסון מפוצל או מכשיר SHPB, ולאחר מכן כיול הגרסה החד-ממדית של מודל החומר עם תגובת מתח מתח אמיתית ניסיונית. לאחר מכן מבוצעת סימולציית האלמנט הסופי או FE של מערך SHPB כדי להעריך את כיוון הטעינה, המתח ומתח קו המרכז הממוצע של הדגימה.

השלב האחרון הוא להשוות באופן איטרטיבי את התאמת מודל החומר החד-ממדי ואת מתח קו המרכז של סימולציה FE, ואת כיוון הטעינה התלת מימדי של FE, המתח ותגובת מתח המתח האמיתית הניסיונית עד לקבלת הסכמה טובה בין התוצאות הנ"ל. בסופו של דבר, מתודולוגיית האלמנטים הסופיים הניסויים המשולבים משמשת כדי להראות שניתן להשיג את תגובת מתח המתח האמיתית החד-צירית עבור ביו-חומרים רכים באמצעות SHPB. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו בדיקות צינור הלם הוא שטכניקה זו הופכת את קצב המתח הגבוה לתגובה מכנית חד-צירית של חומר ביולוגי רך.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על אבחון פגיעה מוחית טראומטית באמצעות מודלים וירטואליים של גוף האדם. מכיוון שהנתונים המתקבלים מהשיטה הנוכחית יכולים ללכוד במדויק פציעות ונזקים מקומיים הנובעים מטראומה לראש האדם. לראשונה עלה לנו הרעיון לשיטה זו כאשר עבדנו על מתאם נתוני ניסוי קצב מתח גבוה במוח עם התוצאות מבלוטת התריס ומודלים, הדגים הליך זה יהיה הווטרינר ד"ר ג'ים קולי, סטודנט לתואר שני, מר סורו פטניק ועמית מחקר מר וילבורן וויטינגטון בפיקוח וטרינר, חילוץ כירורגי של איברי חזיר כגון מוח, כבד, שרירים, שומן או גידים.

לאחר מכן הניחו אותם במיכלים מלאים במי מלח חוצצים פוספט או PBS לאחסון זמני. אחסן את מיכלי ה-PBS בצידנית קרח והעבר אותם מיד למתקן הבדיקה להכנת דגימה ופיצול הופקינס במוט לחץ או בדיקת SHPB. לאחר הכניסה למתקן הבדיקה, הוציאו את איבר החזיר ממיכל ה-PBS והניחו אותו על משטח סטרילי.

זהה את כיוון הסיבים העיקריים ואת מיקומם עבור כל דגימת בדיקה. לאחר מכן השתמש בצבע גלילי בקוטר פנימי של 30 מילימטר כדי לנתח את דגימת הבדיקה מאיבר החזיר. לאחר מכן, השתמש בפיגום כדי לקצץ את הדגימה לעובי וליחס הגובה-רוחב שנקבעו לבדיקת SHPB של דגימות חזיר.

העובי הוא 10 עד 15 מילימטרים ואילו יחס הגובה-רוחב הוא נקודה 33 עד 0.5. השתמש במחוגה כדי למדוד את העובי והקוטר בשלושה מקומות שונים. הנח מוט חלוץ, מוט תקרית ומוט משודר בהרחבות המתכת לבדיקת SHPV.

ודא שעמודות העמודות נעות בחופשיות למגע ושהממשקים שלהן מיושרים זה לזה. ספק פקק לסרגל המשודר לבטיחות. חבר את המדדים המתוחים, היצמד לתקרית ולסורגים המשודרים לאות ampחיים יותר.

הפעל את מגברי מיזוג האותות ואת מחשב מודול רכישת הנתונים. לאחר מכן אתחל את תוכנת לכידת הנתונים במהירות גבוהה. ודא את הלכידה החיה של האותות כדי לראות אם הם נמצאים בטווח הרגיל ולבטל את אותות הרעש על ידי לחיצה על סמל האפס.

טען את מוט החלוץ הסמוך לתא הלחץ. בנה את תא הלחץ ללחץ הרצוי על ידי פתיחת זרבובית מיכל החנקן ולאחר מכן שסתום כניסת תאי הלחץ אפס את מד מהירות הלייזר על ידי לחיצה על כפתור האפס והגדר אותו לקרוא את מהירות מוט החלוץ על ידי הגדרת פס הרפלקטור על מוט החלוץ. מאחורי חיישני הלייזר.

הנח את תאי הכליאה לדוגמה כך שלא יפריע לתנועת התנועה של מוט הבר המשתקף והמשתקף. לאחר מכן הנח את סרגל האירועים במגע עם הסרגל המשודר למטרות כיול. הפעל בדיקה ללא דגימה על ידי הפעלת מתג ההדק של תא הלחץ בסרגל Stryker.

לאחר הכיול, הנח דגימה גלילית בין האירוע למוט המשודר ולאחר מכן סגור את תא הכליאה של הדגימה. ודא שלא מתבצעת התניה מוקדמת על הדגימה על ידי הימנעות מטעינה ופריקה של הדגימה מספר פעמים ובצע את הבדיקה לאחר השלמת הבדיקה. השתמש במגבונים סניטריים חד פעמיים כדי להסיר פסולת דגימה מסרגל האירוע, המוט המשודר ותא הכליאה של הדגימה.

השלך את כל הפסולת והמגבונים בשקיות בטיחות ביולוגיות. לחטא את הסורגים ולדגום את תא הכליאה. שימוש בתמיסת ניקוי אתנול 70% ומגבונים סניטריים.

פתח את תוכנת הקצב הגבוה של MSU לניתוח הופקינס בגלי בר. התחל את התוכנה על ידי בחינת חלון ההגדרות ובחירה באפשרות דחיסת המתח בלשונית המצב לבדיקה חד צירית. כמו כן, בחר שני מדדים בכרטיסייה מדדים ולחץ על המשך בחלון הראשי, בחר את הקובץ הפתוח כרטיסייה אחת ונווט אל נתוני גל האירוע מרשומת מד המתח בסרגל האירוע, בחר את הכרטיסייה פתח קובץ שתיים לייבוא רשומת מד מתח הבר המשודרת.

לאחר מכן, בחר את לשונית הפרמטרים בחלון הראשי והזן את הפרמטרים הפיזיים של מערך הבדיקה, כולל מידות מוט, גורמי מתח למתח, מיקומי מד מתח וקבועי פיזור ויסקו-אלסטיים. לחץ על המשך. לאחר מכן בחר בכרטיסיית בחירת נתונים בחלון הראשי והשתמש בסרגלי הסמן כדי להפחית את מערך הנתונים רק לכמות הנתונים המכילים את הגלים המשתקפים והמשודרים של האירוע.

לחץ על המשך. בשלב זה, נווט ללשונית בחירת הגלים בחלון הראשי והשתמש בסרגלי הסמן כדי להגביל את הגל הפוגע בגרף הגל האירוע, הגל המוחזר וגרף הגל המוחזר והגל המשודר וגרף הגל המשודר. לאחר מכן לחץ על המשך.

לאחר מכן, בחר את הכרטיסייה הנכונה בחלון הראשי כדי לאפשר לתוכנה לתקן את הפיזור הויסקו-אלסטי. כעת בחר בכרטיסיית המשמרת בחלון הראשי בגרף הגלים. השתמש בסמן כדי לגרור את הגלים המוחזרים והמשודרים לאותו מיקום התחלתי בזמן.

על ידי בחירת כל אחד בנפרד. בכרטיסייה בחירת גלים, הצג את כל הגלים בגרף הנתונים. לאחר השלמתו, לחץ על המשך בקובץ התוצאות.

שמור את מיקום העומס, המיקום ופרופילי המהירות על ידי לחיצה על שמור כ באמצעות אלמנט סופי מסחרי או תוכנת FE. צור מודל FE של הגדרת SHPB. לאחר מכן הפעל סימולציית FE.

ודא שמדידות מד המתח בניסוי וסימולציית FE מסכימות היטב. שלב את דגימת הביו-חומר במודל FE של מערך SHPB. הקצה יישום תלת מימדי של מודל החומר המשתנה הפנימי לדגימת הביו-חומר.

כייל את עקומת מתח המתח האמיתית של הניסוי עם עקומת מתח המתח האמיתית של המודל על ידי התאמת הפרמטרים של מודלי החומרים המשתנים של המצב הפנימי. לאחר מכן הקצה את קבועי החומר המשתנה של המצב הפנימי לדגימת הביו-חומר במודל FE עבור הגדרת SHPB. לאחר מכן, הפעל את סימולציית FE עם מהירות מוט Stryker וקצב מתח העיוות של הדגימה המתאים לבדיקות SHPB באותו קצב מתח.

בשלב השני של כיול מודל FE, הפעל את נתוני מד המתח של סימולציית FE. תוכנת ניסוי SHPB לאחר עיבוד תוכנה MSU בקצב גבוה. לבסוף בצע ממוצע נפח של מתח כיוון הטעינה לאורך רכיבי קו המרכז של מדגם דגם FE.

היעילות של המתודולוגיה המשולבת מודגמת כאן. תגובת מתח המתח הניסיונית SHPV למוח נמצאת במצב מתח נמוך יותר בהשוואה למצב הלחץ של סימולטור נקודת החומר החד-ממדי, הדומה לממוצע מצב המתח של קו המרכז של דגימת FE. זאת בשל האופי הרב-צירי של דפורמציה.

מוצג BioMAT הרך המוצג כאן הם קבועי חומר מייצגים למוח המתקבלים באמצעות מתודולוגיית הסימולציה של ניסוי SHPB המשולב F FE. מדי המתח הווירטואליים לניתוח אלמנטים סופיים מושווים למדי המתח הניסיוניים ולאחר מכן מושווים בו זמנית סימולטור נקודת החומר וממוצע קו המרכז FE כדי להשיג הסכמה טובה. כאן קבועי החומר משתנים עד שיותר משניים נמצאים בהסכמה טובה.

איור זה מראה כי עקומת מתח המתח האמיתית הניסיונית SHPB מודדת למעשה את המשתנה הראשון של המתח ולא את התנהגות מתח המתח של כיוון הטעינה החד-צירי. מכאן שהשימוש בתוצאות הניסוי של SHPB בלבד יהיה שגוי אם הוא לא היה משולב עם מודלים מסוג FE כדי להעריך את ההתנהגות החד-צירית. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 12 שעות אם היא מבוצעת כראוי.

בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור כי ניסויים e רב-ציריים בעת בדיקת חומרי חוט מרככים.