Utilizzo di Digital Image Correlation per caratterizzare ceppi locali vascolari campioni di tessuto

L'obiettivo generale di questo protocollo è quello di caratterizzare il campo di deformazione superficiale locale su campioni di tessuto vascolare. Ciò si ottiene utilizzando una tecnica di correlazione di immagini digitali con prove di trazione uniassiale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della meccanica dei tessuti molli e fornire in modo specifico informazioni per identificare e invalidare modelli computazionali e matematici sempre più sofisticati del tessuto vascolare.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che facilita la quantificazione precisa dell'eterogeinità di un campo di deformazione sulla superficie del campione, che è una funzione delle proprietà intrinseche del materiale, della geometria dei simboli e della modalità di test impiegata. Non appena il tessuto arriva in laboratorio, isolare l'aorta addominale dal tessuto circostante utilizzando forbici e pinze chirurgiche. Quindi, lavare il recipiente tre volte utilizzando una siringa riempita di PBS.

Dopo i lavaggi, utilizzare forbici e pinze per rimuovere quanto più tessuto perivascolare possibile, senza compromettere l'integrità del campione. Quindi, sulla sezione centrale del recipiente, posizionare una lama di rasoio affilata, perpendicolare all'asse longitudinale del recipiente e tagliare il recipiente tre volte per ottenere due campioni di anello. Quindi, posizionare una lama su uno degli anelli per eseguire un taglio radiale.

Tagliare saldamente l'anello per creare un campione a forma di striscia per prove meccaniche uniassiali. Fallo su entrambi gli anelli. Conservare temporaneamente i due campioni in una capsula di Petri di vetro da 100 mm immersa in PBS.

Per macchiettare, la superficie del campione è dotata di un aerografo pronto a spruzzare il colorante per la marcatura dei tessuti. Collegare l'aerografo a una valvola di pressione impostata per produrre 100 psi. Quindi, aggiungi il colorante per la marcatura dei tessuti.

Il diametro dell'ugello deve essere calibrato per diametri di speckle compresi tra 60 e 100 micron. Quindi, spruzzare il colorante per la marcatura dei tessuti sulla superficie intimale del campione per circa cinque secondi. Eseguire questa operazione tre volte per assicurarsi che il motivo a macchie copra uniformemente la superficie del campione.

Per iniziare, montare il campione sull'apparecchiatura di prova. Innanzitutto, attacca ciascuna estremità del campione a una striscia di plastica utilizzando un adesivo per tessuti. Posizionare la plastica sia sulla parte superiore che su quella inferiore del campione con l'adesivo, creando un sandwich.

Posiziona il campione su un tagliere di tessuto, quindi misurane le dimensioni utilizzando un calibro digitale. Quindi, avviare i controlli del sistema per l'apparato di prova. Nella schermata iniziale del controllo del sistema, selezionare la forma d'onda sulla barra delle applicazioni situata nella scheda di configurazione.

Quindi, regolare la posizione dell'impugnatura superiore del tester meccanico su un valore negativo di quattro mm per fornire un'estensione di 4 mm rispetto alla posizione iniziale designata nel sistema. A questo punto, fissare delicatamente una striscia di plastica nell'impugnatura superiore del tester meccanico e lasciare che il campione penda liberamente. Quindi, regolare la posizione dell'impugnatura inferiore in modo che l'estremità libera del campione possa essere fissata senza estensione.

Quindi, fissare delicatamente la striscia di plastica attaccata all'estremità libera, nell'impugnatura inferiore del tester. Con il campione montato, azzerare la cella di carico del sistema. Quindi misurare la lunghezza del campione e utilizzarla come lunghezza di riferimento per il calcolo delle deformazioni circonferenziali globali.

Ora, nel controllo del software, entra nel protocollo di test meccanico. In questo caso, vengono applicati quattro cicli di spostamento uniassiali. Ogni ciclo estende la lunghezza del campione del 18% a una velocità di spostamento di 0,01 mm al secondo.

Per documentare il test, scatta una foto ogni pochi secondi. Posizionare una telecamera a 1,5 m dal telaio di caricamento, perpendicolarmente al campione e focalizzarla sul campione. Nel software di acquisizione delle immagini, nell'opzione seleziona il sistema"selezionare PGR2, quindi impostare il percorso del progetto per salvare le immagini da analizzare.

Fare clic sull'icona del quadrato del tempo e specificare l'intervallo di acquisizione come 5 secondi. Ora, importa l'immagine ottenuta. Ingrandisci una singola macchiolina e poi conta il numero di pixel all'interno di questa singola macchietta.

Dopo aver verificato la qualità del modello di macchiettatura, fare clic contemporaneamente sull'icona Esegui nel sistema e sull'icona di avvio nel software di acquisizione delle immagini per avviare il test. Durante il protocollo, spruzzare a intermittenza il PBS sul campione in modo che non si asciughi. Tuttavia, eseguire questa operazione ogni volta che si trova nello stato di scarico, non durante l'acquisizione dei dati.

Dopo aver aperto il software di analisi delle immagini, fare clic sulla scheda "Immagini macchiette" e selezionare tutte le immagini che devono essere analizzate. Quindi, fai clic sullo strumento rettangolo e seleziona l'area di interesse nella prima immagine. Quindi, immettete una dimensione del sottoinsieme di 31 x 31 pixel e una dimensione del passo di cinque pixel.

Ora fai clic sulla scheda "avvia analisi" nel software e imposta l'interpolazione su una trappola 8 ottimizzata. Inoltre, impostare il criterio come zero differenze quadratiche normalizzate e l'opzione dei pesi del sottoinsieme come Gauciano. Controlla le opzioni di soglia.

Dovrebbero essere predefiniti. Quindi, fai clic sulla sottoscheda di post-elaborazione nella scheda di avvio dell'analisi. Seleziona l'opzione, calcolo della stringa"e lascia la dimensione del filtro e il tipo di filtro come predefiniti.

Imposta il tipo di tensore su Lagrange. Infine, selezionare la scheda dei dati, quindi selezionare un'immagine analizzata per visualizzare il campo di deformazione superficiale. La DIC 2D, in combinazione con i test meccanici uniassiali, è stata utilizzata per misurare il campo di deformazione superficiale di un campione di tessuto vascolare, in vari stati deformati.

La natura viscoelastica del tessuto era notevole per il grado di isteresi nelle curve di basso spostamento prima del precondizionamento meccanico. Tuttavia, con il precondizionamento, l'isteresi è diminuita gradualmente. Come previsto, i valori di deformazione circonferenziale locale sono aumentati con lo spostamento del campione applicato.

La deformazione circonferenziale era generalmente inferiore vicino al centro del campione rispetto a vicino all'interfaccia di presa del campione. In direzione longitudinale, la deformazione di compressione risultante e non uniforme sulla superficie intimale del campione aumentava man mano che il campione veniva gradualmente esteso. I cambiamenti di colore all'interno dei contorni per le misure di deformazione a tutto campo, mostrano chiaramente l'elevata natura eterogenea dell'aorta quando sottoposta a carico di trazione nominalmente uniassiale.

I coefficienti di variazione dei campi di deformazione superficiale in direzioni ortogonali sono stati quindi calcolati in ogni stato sperimentale. Si è scoperto che la variazione della deformazione superficiale ha una relazione inversa con l'estensione dei campioni. L'alto livello di eterogeneità nella risposta del materiale è quantificato nella tabella dal coefficiente di variazione, o CV.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come quantificare la risposta meccanica della superficie locale utilizzando la correlazione di immagini digitali accoppiata a prove di trazione uniassiale di campioni di tessuto vascolare.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della meccanica dei tessuti molli per esplorare la risposta meccanica fisiologica, patologica e modulata del tessuto vascolare.