Waiting
로그인 처리 중...

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

Biology

Ved hjelp av Digital Image Correlation å karakter Lokale Stammer på vaskulær vevsprøver

Published: January 24, 2016 doi: 10.3791/53625

Introduction

En rik historie med forskning som strekker seg over 50 år har vært fokusert på å kvantifisere de mekaniske egenskapene til vaskulære vev. Disse studiene tillate oss å bedre forstå både fysiologisk og patologisk atferd av blodkar, gir grunnlag for å vurdere effekten / kompatibilitet endovaskulære enheter, og bistand i design og fabrikasjon av konstruert vaskulære konstruerer 1-6. Nøyaktig måling av den mekaniske responsen av mykt vev og konstitutiv modellering av deres mekaniske egenskaper er i seg selv utfordrende på grunn av den mekaniske heterogenitet, anisotropi, linearitet og som utvises av de fleste vevstyper. Videre er eksperimentelle målinger ofte forekom ved lokale komplekse innført på sample-grep grensesnitt i løpet av mekanisk testing (dvs. bøyning, gnidning, spenningskonsentrasjoner, rive) og den uunngåelige overgangen av mekaniske egenskaper når vev er skåret ut fra levende dyr. </ p>

En uniaxial strekk eksperimentet er blant de enkleste mekaniske tester som kan utføres på et eksemplar laget av et solid materiale, og er ofte brukt til å vurdere den mekaniske responsen av vaskulær vev. Resultatene fra disse forsøkene gir nyttig foreløpig informasjon for både naturlige og modifiserte vevskilder, og kan brukes for å sammenligne effektene av visse behandlinger, sykdomstilstander eller farmakologiske forbindelser på den mekaniske oppførselen til karveggen 7-11.

Uniaxial mekanisk testing av mykt vev er vanligvis utføres på prøver med relativt ensartede geometrier, som er mest vanlig hunde bein eller ring formet 7,8,12-14. Imidlertid kan betydelig avvik fra disse idealiserte geometrier oppstå på grunn av utfordringer knyttet til vev disseksjon, isolasjon og klem innenfor testing system. Enhver ujevnhet i geometri til slutt vil gi opphav til heterogene belastningerfelt ved prøven blir utsatt for enakset forlengelse, med graden av heterogenitet avhengig av selve prøven form, samt prøvestørrelsen (i forhold til grepene), og de ​​mekaniske egenskapene til materialet 9,15,16. Når felt heterogeniteter er betydelige, sample belastningsskader beregninger basert på de relative greps er unøyaktige og dermed et utilstrekkelig grunnlag for å vurdere mekaniske oppførsel.

Videoanalysesystemer har vært mye brukt for belastningsskader målinger av mykt vev, ofte ved hjelp av høy kontrast fargestoff markører brukes på prøveoverflaten 17,18. Digital bildekorrelasjon, en optisk metrologisk teknikk som måler full felt-stamme overflate ved å sammenligne grått nivå intensitetsverdier på prøveoverflaten før og etter deformasjon, har vært brukt i forbindelse med videoanalyse av myke vev 19-21. Det er flere fordeler ved digital bildekorrelasjon i forhold til interferometric metoder som kan benyttes for målinger. Først, som en ikke-kontakt med måleteknikken, reduserer den den forvekslings effekten av å endre materialegenskapene på grunn av måten på hvilken målesystemet påvirker prøven. For det andre krever den et mye mindre strenge måle miljø og har et bredere spekter av følsomhet og oppløsning enn andre metoder. Tredje, utrustet med evnen til å fange en full synsfelt, kan denne teknikken kjennetegner både gjennomsnittet og de lokale mekanisk respons. For detaljert forklaring av metoden, er leserne oppfordres til å se boken ved Sutton 22.

For å oppnå belastningsfelt på prøveoverflaten, kan en todimensjonal digital bildekorrelasjonsteknikk (2D-DIC) benyttes. Kort sagt, er bilder av prøven tatt på ubelastede og ulike lastet stater. Det første bildet er delt opp i små firkanter kalt undergrupper (M x M piksler) som danner en maske for påfølgende beregning av2D belastningsskader felt. Posisjonen av hver rute i de deformerte prøven blir oppnådd ved hjelp av en bildetilpasningsalgoritme. Bevegelsen av hver kvadrat blir deretter spores, bilde-for-bilde, hvilket ga fortrengnings felter som deretter kan brukes til å utlede deformasjon gradienter og deformasjoner ved hjelp av en rekke metoder, inkludert polynom tilpasning eller endelig element interpolasjon. I den foreliggende manus, gir vi en detaljert metodikk for vurdering av overflate belastningsskader feltene på innfødte vaskulære vev via integrering av uniaxial strekkprøving og 2D-DIC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Fremgangsmåtene beskrevet nedenfor ble utført som en del av en protokoll godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité ved University of South Carolina i Columbia, South Carolina.

1. Tissue Erverv og Dissection

  1. Steriliser alle kirurgiske verktøy før vev disseksjon. Autoclave kirurgiske sakser og fine pins standard samt kirurgiske kniver under trykk på 15 kPa og temperatur på 121 ° C i 15 min.
  2. Tilegne seg ett sett med friske svin (7 måneder gamle Landrace menn, 60-70 kg) nyrer med intakt aorta fra en lokal slakteri. Transport vev tilbake til laboratoriet i en avkjølt% fosfat-bufret saltvann (PBS) løsning.
  3. Umiddelbart etter ankomst, isolere abdominal aorta fra omkringliggende vev ved hjelp av kirurgisk saks og pinsett.
  4. Vask beholderen tre ganger ved anvendelse av en 50 ml sprøyte fylles med PBS (pH 7,2). Bruke saks og pinsett, fjerne så mye perivaskulære vev som possusynlige uten å kompromittere integriteten av prøven.
  5. Vertikalt plassere et skarpt barberblad på den midtre delen av skipet og sørge for at det er vinkelrett på fartøyet lengdeakse. Lag to ringprøver hver med en bredde på omtrent 20 mm ved anvendelse av tre sekvensielle perifere kutt med barberblad.
  6. Vertikalt posisjonere et skarpt barberblad på en ring prøve, slik at bladet er orientert i radiell retning. Anvende en akutt kraft for å gi en radial kutt, hvilket resulterer i en stripe-formet prøve for enaksede mekanisk testing. Plasser prøven i en 100 mm glass petriskål og senk i PBS før påføring av overflate speckling. Gjenta for den andre ringen prøven.

2. Opprettelse av Surface Speckle Pattern

  1. Koble airbrush til trykkventil.
  2. Juster diameter dysen til spraymaling for å gi flekker av 60 til 100 um (egnede område for dysen diameter børbestemmes ut fra foreløpige studier).
  3. Hell ca 2 ml svart vev merking fargestoff inn alvoret mater av airbrush.
  4. Plasser airbrush ca 0,5 m unna prøven.
  5. Fjern prøven fra Petri-skålen. Spray vev merking fargestoff på den indre overflate av prøven i omtrent 5 sekunder under et sprøytetrykk på 100 psi. Gjenta tre ganger for å sikre at flekkmønsteret omfatter jevnt prøveoverflaten.

3. Utførelse av Experiments

  1. Fest hver ende av prøven til en plaststrimmel (1 cm x 1 cm bredde x 0,5 cm lengde tykkelse) ved bruk av et vevlim. Plasser prøven på en vev skjærebrett. Plasser prøven slik at det ligger flatt og måle dens dimensjoner ved hjelp av en digital caliper.
  2. Initiere systemkontroller for mekanisk testing. På systemet styrer startskjermen, velg "Waveform" på oppgavelinjen ligger på "Setup" -kategorien.
  3. Adbare posisjonen til det øvre grep av den mekaniske tester til -4 mm (4 mm forlengelse i forhold til den definerte utgangsstilling i systemet). Forsiktig sikre en plastlist (festet til prøven på 3,1) i det øvre grep av den mekaniske tester og tillate prøven å henge fritt. Bruke den digitale skyvelære for å sikre at avstanden mellom prøven og den øvre gripe er mindre enn 2 mm.
  4. Manuelt justere posisjonen til det nedre grep, slik at den frie ende av prøven kan bli sikret uten forlengelse. Forsiktig feste plastlist festet til den frie ende av prøven inn i den nedre grep av den mekaniske tester.
    1. Bruke den digitale skyvelære for å sikre at avstanden mellom prøven og det nedre grep er mindre enn 2 mm. Null systemet last celle. Måle lengden av prøven og bruke dette som referanselengden for beregning av globale periferiske stammer.
  5. Skriv inn mekanisk testing protokollen. Protokollen som brukes i tsin demonstrasjon innebærer 4 uniaksiale fortrengnings sykluser som strekker seg i prøvelengde med 18% ved en forskyvning på 0,01 mm / sek.
  6. Intermitterende spray PBS på prøven gjennom hele den gjenværende testprotokollen for å sikre at det forblir hydrert.
  7. Montere kameraet (5 megapiksel kamera, 100 mm linse, pikselstørrelse på 3,49 mikrometer) på et stativ som er plassert 1,5 m fra lasterammen. Sørg for at kameraet og prøveoverflaten er vinkelrett ved å sette kameraet til laveste tilgjengelige innen dybde og manipulere sin innretting slik at hele synsfeltet er i fokus.
  8. Åpne bildet fange programvare.
  9. Velg "PGR-2" i alternativet "Select system".
  10. Velg prosjektet banen for å lagre bilder som skal analyseres.
  11. Klikk på "Time Square" -ikonet og angi oppkjøpet intervallet som 5 sek.
  12. Juster eksponeringen, numerisk apertur, og fokus på objektivet, slik som å få et klart bilde av prøven.
  13. Justere plasseringen av LED til å gi tilstrekkelig belysning på prøven.
  14. Klikk på "Start" -ikonet i bildet fange programvare for å få et bilde av prøveoverflaten.
  15. Åpne bildeanalyse programvare.
  16. Importere bildet innhentet. Zoome inn på en individuell flekk, og deretter telle antall piksler innenfor denne personen flekk.
    Merk: Identifisere en representant svart flekk. Definer flekkstørrelsen som den lineære avstanden mellom bildeelementer på begge sider av flekk som har tilsvarende høye verdier. For en akseptabel flekkstørrelsen, bør antallet av bildeelementer på tvers av bredden av et typisk flekk være større enn 3 piksler. For å forbedre romlig oppløsning i målingene, bør de fleste flekker ikke ha mer enn 5-7 piksler over bredden av flekk, når det er mulig. Dermed vil en typisk flekk for dette tilfelle i området mellom 10 um ved den minste og 23 pm i de største i lineær dimensjon. For å bestemme en passende undergruppestørrelse, bør en typisk delsett har minst 3 hvite og 3 svarte flekker over hele sin bredde. Hvis en typisk flekk er 5 piksler i lineær dimensjon, deretter hver 31x31 undergruppe ville være minst 105 mikrometer i lineær dimensjon. Avstanden mellom sentrene undergruppe bør være minst 1/6 av den lineære dimensjon. Derfor, for en 31x31 undergruppe størrelse, er avstanden 5 piksler som representerer 18 mikrometer i luftlinje.
  17. Etter å ha kontrollert kvaliteten på flekkmønster, klikker samtidig "Run" ikonet i system og "Start" -ikonet i bildet fange programvare for å starte testen.
  18. Fange en serie bilder gjennom testing ved hjelp av kameraet og bildeopptak programvare.

4. opprensknings Prosedyrer etter forsøket

  1. Plasser forkastet prøven i biohazard pose og lukke posen. Ring Department of Environmental Health og sikkerhet (HMS) ved University of South Carolina for riktig avhending.
  2. Forbered en fosfat-fri desinfeksjonsløsning med en 1:64 fortynning av forholdet vaskemiddel desinfeksjonsmiddel til destillert vann. Suge kirurgiske verktøy i denne løsningen i 20 minutter.
  3. Skyll gjenstander som beskrevet i 4.2 med destillert vann. Tørk verktøy som bruker et papirhåndkle og deretter spray dem med 70% etanol løsning. Igjen tørke kirurgiske verktøy ved hjelp av et papirhåndkle og legg dem tilbake i den kirurgiske verktøykassen.

5. Image Analysis Mål Local Strain Feltet

  1. Åpne bildeanalyse programvare.
  2. Klikk på "flekkbilder" -kategorien, velger du alle bildene som må analyseres.
  3. Klikk på rektangel verktøyet og velge området av interesse i det første bildet.
  4. Tast undergruppe størrelse 41 × 41 piksler og trinnstørrelse 5 piksler.
  5. Klikk begynne kategorien analyse i programvaren, velger interpole som optimalisert 8-fellen; velg kriterium som null-normalisert squared forskjeller og undergruppe vekter opsjons som Gaussian.
  6. Still terskel alternativene som standard i programvaren.
  7. Klikk på post-prosessering sub-kategorien i kategorien start analyse. Klikk alternativet belastning beregning og la filter størrelse og type filter som standard i programvaren. Velg tensor skriver Lagrange.
  8. Velg fanen data og velg deretter eventuelle analysert bildet for visualisering av belastningen overflaten feltet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De mekaniske data innhentet fra en trappet uniaksial forlengelse test på vaskulære vev består av belastning versus anvendt prøven fortrengnings relasjoner på en gitt forskyvning rate. I denne studien blir 2D-DIC i forbindelse med uniaxial mekaniske tester anvendt for å måle strekk overflate felt av prøven i ortogonale retninger ved forskjellige deformerte tilstander. Den viskoelastiske natur vaskulært vev gir seg utslag i betydelige grad av hysterese i de lastforskyvningskurvene før mekanisk forkondisjonering. Å fremme reproduserbarhet av mekanisk testing og få en elastisk mekanisk respons, er vevet forbehandlet via flere lasting-lossing sykluser hvor hysterese er gradvis redusert (figur 1). Til tross for den meget forsiktig prøveopparbeidelse og montering, 2D-DIC målinger viser at den resulterende intimal overflaten belastning feltet er svært heterogen i både omkretsretningen og lengderetningen. Som forventet, lokale omkrets belastningsskader verdiene øker med anvendt prøve forskyvning. Heterogenitet i omkrets stammen mønster gir vanligvis verdier som er lavere i nærheten av sentrum av prøven i forhold til i nærheten av prøven grep grensesnitt, noe som reflekterer effekten av grep på den lokale belastning (figur 2). I lengderetningen, blir de resulterende uensartede kompressive spenninger i prøve indre overflate økt som prøven er gradvis utvidet, og den resulterende stamme feltet oppviser en mer uttalt grad av heterogenitet i forhold til omkretsretningen (figur 3). De variasjonskoeffisient (CV) av overflatestrekk feltene i ortogonale retninger ble beregnet i henhold til graden av heterogenitet felt på utvalgte eksperimentelle tilstander, og ble funnet å avta monotont med økt sample forlengelse (tabell 1).

jove_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figur 1
Figur 1. Experimental preconditioning av vaskulær vevsprøve for uniaxial strekkprøving. En rektangulær prøven er forbehandlet med tre lasting-lossing sykluser for å oppnå en reproduserbar elastisk respons. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. En omløpende belastning felt i prøven området av interesse. (A) representativt eksempel på spettet prøven indre overflate og identifiserte område av interesse. (B) Lokal periferiske belastning ε åå (%) innen identifisert område av interesse ved å økenivåer av brukt global periferiske stamme (øker fra 1,6% til 9% til 18%, fra venstre mot høyre). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Langsgående strekkfeltet i prøven området av interesse. (A) representativt eksempel på spettet prøven indre overflate og identifiserte område av interesse. (B) Lokal lengde belastning ε xx (%) innen identifisert område av interesse ved å øke nivåene av brukt global periferiske stamme (øker fra 1,6% til 9% til 18%, fra venstre mot høyre). Klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Global omkrets stamme [%] CV i ε åå (%) CV i ε xx (%) 1.6 11.8 28.1 9.0 7.4 25.1 18.0 5.6 20.7

Tabell 1. Faktor for variasjon av belastningen feltene. Variasjonskoeffisient (CV) av prøven intimale strekk overflaten felt i både periferiske åå) og lengde xx) retninger på utvalgte nivåer av anvendt global periferiske belastning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Selv om tidligere studier har brukt et bredt spekter av dye-sporing video metoder for å vurdere prøven belastning 18,20,21,23,24, er vår nåværende mål å gi en helhetlig metodikk for å par uniaxial strekktesting med 2D-DIC for vurdering av overflate stammer på vaskulære vevsprøver. Med et kamera med høy oppløsning og in-house bildeanalyse programvare, kan belastningen feltet måles innenfor et forhåndsbestemt overflateområde som prøven gjennomgår uniaksial lasting. Av særlig relevans for mekanisk testing av vaskulær vev, kan presenteres teknikken være direkte innrettet for å vurdere overflate stammer i planar bi-aksiale tester som igjen gjør at identifisering av konstitutive materialegenskaper.

For å lette digital bildekorrelasjonsanalyse, er et flekkmønster anvendes på prøveoverflaten. Malingen benyttes for speckling er et vev markering fargestoff som lett fester seg til de fleste bløtvev overflater. For å oppnå engod kvalitet av kontrast og riktig densitet flekkmønsteret, en optimal flekkstørrelse på 60-100 um og sprøyting avstand på 0,5 m er realisert ved å justere diameteren dysen til spraymaling, og avstanden mellom prøven og airbrush. Flekk størrelse som brukes er direkte relatert til oppløsningen av de resulterende målinger 23,25. Hver speckle har som skal avsøkes med minst 3-5 piksler for å oppnå akseptabel bildekorrelasjon. Gitt en 22 mm × 18 mm synsfelt og utnyttet flekk størrelse, er oppløsningen av det presenterte forsøket 9 mikrometer / pixel.

En starthastighet på 0,01 mm / sek brukes til mekanisk testing slik at det oppnås en serie av kvasistatiske deformert likevektstilstander for vaskulært vev 26,27. Ettersom kameraet og hi-fi-lastcelle er begge meget følsomme for vibrasjoner, bør det være minimal bevegelse i løpet av eksperimentet; selv om små, kan stive kroppen kamera / prøven bevegelse oppstår og will forvirre 2D-DIC-baserte målinger. På samme måte kan sample deformasjon oppstå på grunn av vev dehydrering, derfor er det viktig at PBS blir tilført gjennom testing for å fremme nøyaktigheten av 2D-DIC.

For 2D-DIC, nødvendige spesifikasjoner inkluderer undergruppe størrelse og trinnstørrelsen som brukes i bilde matching algoritme 22. For å oppnå nøyaktige resultater med neglisjerbar skjevhet, bør i det minste tre sorte og hvite flekker 3 være tilstede i hver undergruppe, med hver flekk samplet med minst 3-5 piksler. Hvert datapunkt i utgangs gir informasjon midlet over en kasse som svarer til den størrelse subsett (41x41 piksler), som anses som den romlige oppløsningen av forsøket. Avstanden mellom to datapunkter i form av trinnstørrelse er 5 piksler i dette eksperimentet. For å maksimere nøyaktigheten i flekkfortrengning / overflatestrekkmålinger, er en 8-tap spline interpoleringsmetode som anvendes for å oppnå nøyaktige, sub-pikselintensitetsverdier. Den 8-tap method har noe høyere nøyaktighet i å skaffe stammer sammenlignet med resultatene som er oppnådd ved hjelp av enten en 4-tap eller 6-tap interpole filter. Korrelasjonen kriterium "normalisert squared forskjeller" ble valgt for den matchende siden det er upåvirket av en endring i omfang i lys (for eksempel når en deformert undergruppe er 30% lysere enn referanse). Dette valget er standardvalget i programvaren og vanligvis tilbyr den beste kombinasjonen av fleksibilitet og resultater 28. Undergruppe vekting, som styrer hvordan pikslene innenfor undergruppe vektes i målrettet prosess, er valgt som Gaussian. Ensartede vekter, er hver piksel i undergruppe vurderes likt; Gaussian vekter gir den beste kombinasjonen av romlig oppløsning og fortrengning oppløsning.

Variasjonskoeffisienter av stammen overflaten feltet ble beregnet med intern programvare for bildeanalyse og anvendt for å kvantifisere graden av belastning heterogenitet. Den COEFstrekkelig for variasjon av belastningen felt både i omkretsretningen og lengderetningen avtok med økende global omkrets stamme som tidligere er blitt observert i analoge mekaniske tester på andre vaskulære vevtyper (upubliserte resultater). Basert på denne vedvarende trend, er det rimelig å forvente at strekk overflaten felt kan nok homogen ovenfor noen kritiske grad av utvidelse slik at globale og lokale målinger konvergerer. Imidlertid er det sannsynlig at denne kritiske verdi er vevs- og sample-spesifikke, for derved å støtte bruken av lokale strekkmålinger for nøyaktig identifisering av konstitutive materialegenskaper.

Flere begrensninger må anses for riktig tolkning av vår presenteres metodikk og resultater. Vi foreskrevet en moderat utvalg av global periferiske belastning, og dermed våre realiserte lokale belastningsskader størrelsene i både perifere og lengderetningen var betydelig lavere enn verdi enn in vivo. Videre vurderes vi uniaksial mekanisk respons under en enkelt prøve orientering, og dermed generere tilstrekkelige data til å identifisere konstituerende materialegenskaper for vaskulære vev 29,30. Imidlertid er vårt mål ikke å gjennomføre en omfattende mekanisk analyse av svin aorta, men heller å demonstrere en forsøksprosedyre par 2D-DIC til en uniaxial mekanisk testing på bløtvev. Teknikken presentert heri, kan lett utvides til biaksiale mekanisk testing og således kvantifisering av de konstitutive mekaniske egenskapene til vaskulære vev 31-33. 2D-DIC metoden bare fanger opp en plan stamme felt som svarer til prøvens overflate. Når prøven deformeres ut av flyet, eller når prøven er en ikke-plan geometri (f.eks blodåre), stereo-visjon bildebehandling og en 3D-DIC teknikken kan brukes for omfattende belastning måling 23,25.

nt "> Som en oppsummering tilveiebringer foreliggende manuskriptet detaljert informasjon om metodene for å integrere enaksede strekkprøving og digital korrelasjon for å karakterisere den mekaniske responsen av nativt vaskulært vev. Fremgangsmåten presentert i denne studien kan lett tilpasses for mekanisk karakterisering av andre naturlig og konstruert myke vev så vel som myke hydrogel / polymere materialer, og er spesielt nyttig når prøveoverflaten strekkfeltet oppviser betydelig heterogenitet under mekanisk testing.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen potensielle interessekonflikter.

Acknowledgments

Programvare og teknisk support var høflighet av korrelerte Solutions Incorporated (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

Molecular Biology Biomechanics Vaskulær Tissue Enakset Strekk Test Finite elastisitet Full Feltet Strain Måling Digital Image Correlation
Ved hjelp av Digital Image Correlation å karakter Lokale Stammer på vaskulær vevsprøver
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