Name: Wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: Poznaj cyfrową korelację obrazów do analizy lokalnych szczepów w tkankach naczyniowych przy użyciu jednoosiowego rozciągania. Ta metoda umożliwia precyzyjną kwantyfikację pól odkształceń i wspiera walidację modeli obliczeniowych biomechaniki tkanek miękkich.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Oprogramowanie i wsparcie techniczne zostały udostępnione dzięki uprzejmości Correlated Solutions Incorporated (www.correlatedsolutions.com).

UWAGA: Opisane poniżej procedury zostały wykonane w ramach protokołu zatwierdzonego przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt na Uniwersytecie Południowej Karoliny w Columbia w Południowej Karolinie.
1. Pobieranie i rozwarstwianie tkanek
<ol>
	<li>Wysterylizuj wszystkie narzędzia chirurgiczne przed wycięciem tkanek. Autoklawow: nożyczki chirurgiczne i cienkie standardowe kleszcze oraz ostrza chirurgiczne pod ciśnieniem 15 psi i temperaturą 121 °C przez 15 min.</li>
	<li>Zdobądź jeden zestaw świeżych nerek świń (7-miesięczne samce Landrace, 60-70 kg) z nienaruszoną aortą z lokalnej rzeźni. Przenieś tkankę z powrotem do laboratorium w mrożonym 1% roztworze soli fizjologicznej buforowanym fosforanem (PBS).</li>
	<li>Natychmiast po przyjeździe odizoluj aortę brzuszną od otaczających tkanek za pomocą nożyczek chirurgicznych i kleszczy.</li>
	<li>Umyć naczynie trzy razy za pomocą strzykawki o pojemności 50 ml wypełnionej PBS (pH 7,2). Za pomocą nożyczek i kleszczy usuń jak najwięcej tkanki okołonaczyniowej bez naruszania integralności próbki.</li>
	<li>Ustaw pionowo ostrą żyletkę w środkowej części naczynia i upewnij się, że jest prostopadła do osi podłużnej naczynia. Utwórz dwie próbki pierścieni o szerokości około 20 mm, z których każda ma szerokość około 20 mm, wykonując trzy sekwencyjne nacięcia obwodowe żyletką.</li>
	<li>Ustaw ostrą żyletkę pionowo na jednej próbce pierścienia, tak aby ostrze było zorientowane w kierunku promieniowym. Zastosuj ostrą siłę, aby uzyskać cięcie promieniowe, w wyniku czego otrzymasz próbkę w kształcie paska do jednoosiowych badań mechanicznych. Umieścić próbkę na szklanej szalce Petriego o średnicy 100 mm i zanurzyć w PBS do czasu zastosowania nakrapiania powierzchniowego. Powtórzyć te czynności dla drugiej próbki pierścieniowej.</li>
</ol>
2. Tworzenie wzoru plamek powierzchni
<ol>
	<li>Podłącz aerograf do zaworu ciśnieniowego.</li>
	<li>Dostosuj średnicę dyszy aerografu, aby uzyskać plamki o wielkości 60-100 μm (odpowiedni zakres dla średnicy dyszy należy określić na podstawie wstępnych badań).</li>
	<li>Wlej około 2 ml czarnego barwnika do znakowania tkanek do podajnika grawitacyjnego aerografu.</li>
	<li>Umieść aerograf w odległości około 0.5 m od próbki.</li>
	<li>Usunąć próbkę z szalki Petriego. Rozpylać barwnik do znakowania tkanek na wewnętrzną powierzchnię próbki przez około 5 sekund pod ciśnieniem natryskiwania 100 psi. Powtórz trzy razy, aby upewnić się, że wzór plamek równomiernie pokrywa powierzchnię próbki.</li>
</ol>
3. Przeprowadzanie eksperymentów
<ol>
	<li>Przymocuj każdy koniec próbki do plastikowego paska (1 cm szerokości x 1 cm długości x 0,5 cm grubości) za pomocą kleju tkankowego. Umieść próbkę na desce do krojenia bibułek. Ustawić próbkę tak, aby leżała płasko i zmierzyć jej wymiary za pomocą suwmiarki cyfrowej.</li>
	<li>Rozpocznij kontrolę systemu na potrzeby testów mechanicznych. Na ekranie głównym sterowania systemem wybierz "Waveform" na pasku zadań znajdującym się w zakładce "Setup".</li>
	<li>Wyreguluj położenie górnego uchwytu testera mechanicznego na -4 mm (przedłużenie 4 mm w stosunku do wyznaczonej pozycji początkowej w systemie). Delikatnie przymocować jeden plastikowy pasek (przymocowany do próbki w ppkt 3.1) w górnym uchwycie testera mechanicznego i pozwolić próbce swobodnie zwisać. Użyj suwmiarki cyfrowej, aby upewnić się, że odległość między próbką a górnym uchwytem jest mniejsza niż 2 mm.</li>
	<li>Ręcznie wyreguluj położenie dolnego uchwytu tak, aby wolny koniec próbki można było zabezpieczyć bez przedłużania. Delikatnie przymocuj plastikowy pasek przymocowany do wolnego końca próbki w dolnym uchwycie testera mechanicznego.
	<ol>
		<li>Użyj suwmiarki cyfrowej, aby upewnić się, że odległość między próbką a dolnym uchwytem jest mniejsza niż 2 mm. Wyzeruj systemowe ogniwo obciążnikowe. Zmierzyć długość próbki i użyć jej jako długości odniesienia do obliczenia globalnych odkształceń obwodowych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wprowadź protokół testów mechanicznych. Protokół zastosowany w tej demonstracji obejmuje 4 jednoosiowe cykle przemieszczenia, które wydłużają długość próbki o 18% przy szybkości przemieszczenia 0,01 mm/sek.</li>
	<li>Okresowo rozpylaj PBS na próbkę przez cały pozostały protokół testowy, aby upewnić się, że pozostaje uwodniona.</li>
	<li>Zamontuj kamerę (kamera 5 megapikseli, obiektyw 100 mm, rozmiar piksela 3,49 μm) na statywie, który znajduje się 1,5 m od ramy ładowania. Upewnij się, że kamera i powierzchnia próbki są prostopadłe, ustawiając kamerę na najniższe dostępne pole głębi i manipulując jej wyrównaniem tak, aby całe pole view było ostre.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie do przechwytywania obrazu.</li>
	<li>Wybierz "PGR-2" w opcji "Wybierz system".</li>
	<li>Wybierz ścieżkę projektu, aby zapisać obrazy do analizy.</li>
	<li>Kliknij ikonę "Kwadrat czasu" i określ interwał akwizycji na 5 sekund.</li>
	<li>Dostosuj ekspozycję, przysłonę numeryczną i ostrość obiektywu, aby uzyskać wyraźny widok próbki.</li>
	<li>Dostosuj położenie diody LED, aby zapewnić odpowiednie oświetlenie próbki.</li>
	<li>Kliknij ikonę "Start" w oprogramowaniu do przechwytywania obrazu, aby uzyskać obraz powierzchni próbki.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie do analizy obrazu.</li>
	<li>Zaimportuj uzyskany obraz. Powiększ pojedynczą plamkę, a następnie policz liczbę pikseli w tej pojedynczej plamce. 
	Uwaga: Zidentyfikuj reprezentatywną czarną plamkę. Zdefiniuj rozmiar plamki jako odległość liniową między pikselami po obu stronach plamki, które mają podobnie wysokie wartości. Aby uzyskać akceptowalny rozmiar plamki, liczba pikseli na całej szerokości typowej plamki powinna być większa niż 3 piksele. Aby poprawić rozdzielczość przestrzenną w pomiarach, większość plamek nie powinna mieć więcej niż 5-7 pikseli na całej szerokości plamki, jeśli to możliwe. Tak więc typowa plamka w tym przypadku wahałaby się od 10 μm przy najmniejszym do 23 μm przy największym w wymiarze liniowym. Aby określić odpowiedni rozmiar podzbioru, typowy podzbiór powinien mieć co najmniej 3 białe i 3 czarne plamki na całej swojej szerokości. Jeśli typowa plamka ma 5 pikseli w wymiarze liniowym, to każdy podzbiór 31x31 miałby co najmniej 105 μm w wymiarze liniowym. Odstępy między środkami podzbiorów powinny wynosić co najmniej 1/6 wymiaru liniowego. Tak więc dla rozmiaru podzbioru 31x31 odległość wynosi 5 pikseli, co odpowiada 18 μm w odległości liniowej.</li>
	<li>Po zweryfikowaniu jakości wzoru plamkowego, jednocześnie kliknij ikonę "Uruchom" w systemie i ikonę "Start" w oprogramowaniu do przechwytywania obrazu, aby rozpocząć test.</li>
	<li>Uchwyć serię obrazów podczas testów za pomocą aparatu i oprogramowania do przechwytywania obrazów.</li>
</ol>
4. Procedury porządkowe po eksperymencie
<ol>
	<li>Umieść wyrzuconą próbkę w torbie na wypadek zagrożenia biologicznego i zamknij torbę. Zadzwoń do Departamentu Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (EHS) na Uniwersytecie Południowej Karoliny w celu prawidłowej utylizacji.</li>
	<li>Przygotuj bezfosforanowy roztwór dezynfekujący o stosunku rozcieńczenia detergentu do wody destylowanej w stosunku 1:64. Namocz narzędzia chirurgiczne w tym roztworze na 20 minut.</li>
	<li>Dokładnie spłukać przedmioty opisane w ppkt 4.2 wodą destylowaną. Osusz narzędzia ręcznikiem papierowym, a następnie spryskaj je 70% roztworem etanolu. Ponownie osusz narzędzia chirurgiczne ręcznikiem papierowym i włóż je z powrotem do skrzynki z narzędziami chirurgicznymi.</li>
</ol>
5. Analiza obrazu w celu pomiaru lokalnego pola odkształceń
<ol>
	<li>Otwórz oprogramowanie do analizy obrazu.</li>
	<li>Kliknij zakładkę "Obrazy plamkowe", wybierz wszystkie obrazy, które chcesz przeanalizować.</li>
	<li>Kliknij narzędzie prostokąta i wybierz obszar zainteresowania na pierwszym obrazie.</li>
	<li>Wprowadź rozmiar podzbioru 41×41 pikseli i rozmiar kroku 5 pikseli.</li>
	<li>Kliknij zakładkę rozpocznij analizę w oprogramowaniu, wybierz interpolację jako zoptymalizowaną pułapkę 8; wybierz kryterium jako znormalizowane różnice kwadratowe z zerem i opcję wag podzbiorów jako Gaussowskie.</li>
	<li>Ustaw opcje progowe jako domyślne w oprogramowaniu.</li>
	<li>Kliknij zakładkę podrzędną przetwarzania końcowego w zakładce rozpocznij analizę. Kliknij opcję Obliczanie odkształcenia i pozostaw rozmiar i typ filtra jako domyślny w oprogramowaniu. Wybierz tensor typu Lagrange.</li>
	<li>Wybierz zakładkę danych, a następnie wybierz dowolny analizowany obraz do wizualizacji pola odkształcenia powierzchniowego.</li>
</ol>

<ol><li>Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanics+of+soft+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22The+handbook+of+materials+behavior+models%22%5BJournal%5D)">Biomechanics of soft tissue.</a> The handbook of materials behavior models. 3, 1049-1063 (2001).</li>
<li>Vito, R. P., Dixon, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood+vessel+constitutive+models-1995-2002%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Blood vessel constitutive models-1995-2002.</a> Annu Rev Biomed Eng. 5, 413-439 (2003).</li>
<li>Dodson, R. B., Martin, J. T., Hunter, K. S., Ferguson, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+hyperelastic+properties+for+umbilical+artery+in+preeclampsia+from+uniaxial+extension+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Obstet+Gynecol+Reprod+Biol%22%5BJournal%5D)">Determination of hyperelastic properties for umbilical artery in preeclampsia from uniaxial extension tests.</a> Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 169, 207-212 (2013).</li>
<li>Chuong, C. J., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+residual+stresses+in+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">On residual stresses in arteries.</a> J Biomech Eng. 108, 189-192 (1986).</li>
<li>Borschel, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineering+of+recellularized+small-diameter+vascular+grafts%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng%22%5BJournal%5D)">Tissue engineering of recellularized small-diameter vascular grafts.</a> Tissue Eng. 11, 778-786 (2005).</li>
<li>Wagenseil, J. E., Mecham, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vascular+extracellular+matrix+and+arterial+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Vascular extracellular matrix and arterial mechanics.</a> Physiol Rev. 89, 957-989 (2009).</li>
<li>Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+material+models+for+arterial+walls+from+uniaxial+extension+tests+and+histological+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J+Theor+Biol%22%5BJournal%5D)">Determination of material models for arterial walls from uniaxial extension tests and histological structure.</a> J Theor Biol. 238, 290-302 (2006).</li>
<li>Tanaka, T. T., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+and+inelastic+properties+of+the+canine+aorta+and+their+variation+along+the+aortic+tree%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Elastic and inelastic properties of the canine aorta and their variation along the aortic tree.</a> J Biomech. 7, 357-370 (1974).</li>
<li>Sokolis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Passive+mechanical+properties+and+structure+of+the+aorta%3A+segmental+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+physiologica%22%5BJournal%5D)">Passive mechanical properties and structure of the aorta: segmental analysis.</a> Acta physiologica. 190, 277-289 (2007).</li>
<li>Twal, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellularized+Microcarriers+as+Adhesive+Building+Blocks+for+Fabrication+of+Tubular+Tissue+Constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Cellularized Microcarriers as Adhesive Building Blocks for Fabrication of Tubular Tissue Constructs.</a> Ann Biomed Eng. , 1-12 (2013).</li>
<li>Shazly, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Uniaxial+Ring+Test+of+Tissue+Engineered+Constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Mech%22%5BJournal%5D)">On the Uniaxial Ring Test of Tissue Engineered Constructs.</a> Exp Mech. , 1-11 (2014).</li>
<li>Kim, J., Baek, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circumferential+variations+of+mechanical+behavior+of+the+porcine+thoracic+aorta+during+the+inflation+test%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Circumferential variations of mechanical behavior of the porcine thoracic aorta during the inflation test.</a> J Biomech. 44, 1941-1947 (2011).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+material+parameters+of+the+two-dimensional+Holzapfel-Weizsacker+type+model+based+on+uniaxial+extension+data+of+arterial+walls%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Methods+Biomech+Biomed+Engin%22%5BJournal%5D)">Determination of material parameters of the two-dimensional Holzapfel-Weizsacker type model based on uniaxial extension data of arterial walls.</a> Comput Methods Biomech Biomed Engin. 16, 358-367 (2013).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+material+parameters+of+four-fibre+family+model+based+on+uniaxial+extension+data+of+arterial+walls%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Methods+Biomech+Biomed+Engin%22%5BJournal%5D)">Determination of the material parameters of four-fibre family model based on uniaxial extension data of arterial walls.</a> Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17, 695-703 (2014).</li>
<li>Hoeltzel, D. A., Altman, P., Buzard, K., Choe, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strip+extensiometry+for+comparison+of+the+mechanical+response+of+bovine%2C+rabbit%2C+and+human+corneas%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Strip extensiometry for comparison of the mechanical response of bovine, rabbit, and human corneas.</a> J Biomech Eng. 114, 202-215 (1992).</li>
<li>Guo, X., Kassab, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variation+of+mechanical+properties+along+the+length+of+the+aorta+in+C57bl%2F6+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol+Heart+Circ+Physiol%22%5BJournal%5D)">Variation of mechanical properties along the length of the aorta in C57bl/6 mice.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 285, H2614-H2622 (2003).</li>
<li>Smutz, W., Drexler, M., Berglund, L., Growney, E., An, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+a+video+strain+measurement+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Accuracy of a video strain measurement system.</a> J Biomech. 29, 813-817 (1996).</li>
<li>Genovese, K., Lee, Y. U., Lee, A. Y., Humphrey, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+improved+panoramic+digital+image+correlation+method+for+vascular+strain+analysis+and+material+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Behav+Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">An improved panoramic digital image correlation method for vascular strain analysis and material characterization.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 27, 132-142 (2013).</li>
<li>Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+approach+for+direct+measurement+of+two-dimensional+strain+distributions+within+articular+cartilage+under+unconfined+compression%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression.</a> J Biomech Eng. 124, 557-567 (2002).</li>
<li>Ning, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deformation+measurements+and+material+property+estimation+of+mouse+carotid+artery+using+a+microstructure-based+constitutive+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Deformation measurements and material property estimation of mouse carotid artery using a microstructure-based constitutive model.</a> J Biomech Eng. 132, 121010(2010).</li>
<li>Sutton, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+field+measurements+on+mouse+carotid+arteries+using+microscopic+three-dimensional+digital+image+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mater+Res+A%22%5BJournal%5D)">Strain field measurements on mouse carotid arteries using microscopic three-dimensional digital image correlation.</a> J Biomed Mater Res A. 84, 178-190 (2008).</li>
<li>Sutton, M. A., Orteu, J. J., Schreier, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSutton%2C+MA+%22Image+correlation+for+shape%2C+motion+and+deformation+measurements%3A+basic+concepts%2C+theory+and+applications%22">Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications</a>. , Springer Science & Business Media. (2009).</li>
<li>Verhulp, E., van Rietbergen, B., Huiskes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+digital+image+correlation+technique+for+strain+measurements+in+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional digital image correlation technique for strain measurements in microstructures.</a> J Biomech. 37, 1313-1320 (2004).</li>
<li>Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+approach+for+direct+measurement+of+two-dimensional+strain+distributions+within+articular+cartilage+under+unconfined+compression%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 124, 557-567 (2002).</li>
<li>Franck, C., Hong, S., Maskarinec, S., Tirrell, D., Ravichandran, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+full-field+measurements+of+large+deformations+in+soft+materials+using+confocal+microscopy+and+digital+volume+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Mech%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional full-field measurements of large deformations in soft materials using confocal microscopy and digital volume correlation.</a> Exp Mech. 47, 427-438 (2007).</li>
<li>Garcia, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+and+constitutive+modelling+of+the+passive+mechanical+properties+of+the+porcine+carotid+artery+and+its+relation+to+histological+analysis%3A+Implications+in+animal+cardiovascular+device+trials%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Eng+Phys%22%5BJournal%5D)">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.</a> Med Eng Phys. 33, 665-676 (2011).</li>
<li>Miller, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+test+very+soft+biological+tissues+in+extension%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">How to test very soft biological tissues in extension?</a> J Biomech. 34, 651-657 (2001).</li>
<li>Sutton, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSutton%2C+MA+%22Springer+handbook+of+experimental+solid+mechanics%22">Springer handbook of experimental solid mechanics</a>. , Springer. 565-600 (2008).</li>
<li>Han, H. C., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+strain+of+canine+and+porcine+aortas%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Longitudinal strain of canine and porcine aortas.</a> J Biomech. 28, 637-641 (1995).</li>
<li>Sokolis, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+passive+strain-energy+function+for+elastic+and+muscular+arteries%3A+correlation+of+material+parameters+with+histological+data%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Biol+Eng+Comput%22%5BJournal%5D)">A passive strain-energy function for elastic and muscular arteries: correlation of material parameters with histological data.</a> Med Biol Eng Comput. 48, 507-518 (2010).</li>
<li>Zhou, B., Wolf, L., Rachev, A., Shazly, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+structure-motivated+model+of+the+passive+mechanical+response+of+the+primary+porcine+renal+artery%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">A structure-motivated model of the passive mechanical response of the primary porcine renal artery.</a> J Mech Med Biol. , (2013).</li>
<li>Zhou, B., Rachev, A., Shazly, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+biaxial+active+mechanical+properties+of+the+porcine+primary+renal+artery%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Behav+Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">The biaxial active mechanical properties of the porcine primary renal artery.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 48, 28-37 (2015).</li>
<li>Sommer, G., Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+constitutive+modeling+of+the+biaxial+mechanical+response+of+intact+and+layer-dissected+human+carotid+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Behav+Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">3D constitutive modeling of the biaxial mechanical response of intact and layer-dissected human carotid arteries.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 5, 116-128 (2012).</li>
</ol>

Autorzy nie mają potencjalnych konfliktów interesów.

Chociaż w poprzednich badaniach wykorzystano szeroki zakres metod wideo śledzenia barwnika do oceny szczepu próbki 18,20,21,23,24, naszym obecnym celem jest zapewnienie kompleksowej metodologii łączenia jednoosiowych prób rozciągania z 2D-DIC w celu oceny naprężeń powierzchniowych na próbkach tkanki naczyniowej. Dzięki kamerze o wysokiej rozdzielczości i własnemu oprogramowaniu do analizy obrazu, pole odkształcenia może być mierzone w określonym obszarze powierzchni, gdy próbka jest poddawana obciążeniu jednoo...

Bogata historia badań trwająca ponad 50 lat skupiała się na ilościowym określaniu właściwości mechanicznych tkanek naczyniowych. Badania te pozwalają nam lepiej zrozumieć zarówno fizjologiczne, jak i patologiczne zachowanie naczyń krwionośnych, stanowią podstawę do oceny skuteczności/kompatybilności urządzeń wewnątrznaczyniowych oraz pomagają w projektowaniu i wytwarzaniu inżynieryjnych konstruktów naczyniowych1-6. Dokładny pomiar odpowiedzi mechanicznej tkanek miękkich i konstytutywne modelowanie ich właściwości mechanicznych jest z natury trudne ze względu na niejednorodność mechaniczną, anizotropię i nieliniowość wykazywaną przez większość typów tkanek. Co więcej, pomiary eksperymentalne są często zakłócone przez lokalną złożoność wprowadzaną na granicy faz próbka-uchwyt w trakcie badań mechanicznych (tj. zginanie, tarcie, koncentracja naprężeń, rozrywanie) oraz nieuniknioną zmianę właściwości mechanicznych po wycięciu tkanki z żywego zwierzęcia.
Jednoosiowy eksperyment rozciągania jest jednym z najprostszych testów mechanicznych, które można przeprowadzić na próbce wykonanej z solidnego materiału, i jest często używany do oceny mechanicznej reakcji tkanki naczyniowej. Wyniki tych eksperymentów dostarczają użytecznych informacji wstępnych zarówno dla natywnych, jak i inżynieryjnych źródeł tkankowych i mogą być wykorzystane do porównania wpływu niektórych zabiegów, stanów chorobowych lub związków farmakologicznych na mechaniczne zachowanie ściany naczyniowej 7-11.
Jednoosiowe testy mechaniczne tkanek miękkich są zazwyczaj wykonywane na próbkach o względnie jednolitej geometrii, które najczęściej mają kształt psiej kości lub pierścienia 7,8,12-14. Jednak znaczne odejście od tych wyidealizowanych geometrii może nastąpić ze względu na wyzwania związane z preparacją, izolacją i zaciskaniem tkanek w systemie testowym. Wszelka niejednorodność w geometrii ostatecznie spowoduje powstanie niejednorodnych pól naprężeń i odkształceń, gdy próbka zostanie poddana jednoosiowemu wydłużeniu, przy czym stopień niejednorodności zależy od rzeczywistego kształtu próbki, a także wielkości próbki (w stosunku do uchwytów) i właściwości mechanicznych materiału 9,15,16. Gdy niejednorodność pola jest znacząca, obliczenia odkształcenia próbki oparte na względnych pozycjach uchwytu są niedokładne, a tym samym stanowią niewystarczającą podstawę do oceny zachowania mechanicznego.
Systemy analizy wideo były szeroko stosowane do pomiarów odkształceń tkanek miękkich, często przy użyciu markerów barwnikowych o wysokim kontraście nakładanych na powierzchnię próbki 17,18. Cyfrowa korelacja obrazu, optyczna technika metrologiczna, która mierzy odkształcenie powierzchni całego pola poprzez porównanie wartości intensywności poziomu szarości na powierzchni próbki przed i po deformacji, została wykorzystana w połączeniu z analizami wideo tkanek miękkich 19-21. Istnieje kilka zalet cyfrowej korelacji obrazów w porównaniu z metodami interferometrycznymi, które mogą być stosowane do pomiarów. Po pierwsze, jako bezkontaktowa technika pomiarowa, minimalizuje zakłócające skutki modyfikacji właściwości materiału ze względu na sposób, w jaki system pomiarowy wpływa na próbkę. Po drugie, wymaga znacznie mniej rygorystycznego środowiska pomiarowego i ma szerszy zakres czułości i rozdzielczości niż inne metody. Po trzecie, technika ta, wyposażona w zdolność uchwycenia pełnego pola widzenia, może charakteryzować zarówno średnie, jak i lokalne reakcje mechaniczne. W celu szczegółowego wyjaśnienia tej metody zachęcamy czytelników do zapoznania się z książką Sutton 22.
Aby uzyskać pola odkształceń na powierzchni próbki, można użyć dwuwymiarowej techniki cyfrowej korelacji obrazów (2D-DIC). Krótko mówiąc, obrazy próbki są rejestrowane w stanie rozładunku i w różnych stanach obciążenia. Pierwszy obraz jest podzielony na małe kwadraty zwane podzbiorami (M×M pikseli), które tworzą siatkę do późniejszego obliczania pól odkształceń 2D. Położenie każdego kwadratu w zdeformowanej próbce uzyskuje się za pomocą algorytmu dopasowywania obrazu. Ruch każdego kwadratu jest następnie śledzony, obraz po obrazie, co daje pola przemieszczeń, które można następnie wykorzystać do wyprowadzenia gradientów deformacji i odkształceń za pomocą różnych metod, w tym dopasowania wielomianowego lub interpolacji elementów skończonych. W niniejszym manuskrypcie przedstawiono szczegółową metodologię oceny pól odkształceń powierzchniowych na natywnych tkankach naczyniowych poprzez integrację jednoosiowych prób rozciągania i 2D-DIC.

<table><tbody><tr><td>Jednoosiowy tester mechaniczny wytrzymałości na rozciąganie</td><td>Enduratec</td><td>3230 AT/HR</td><td></td></tr><tr><td>Niebieski barwnik do znakowania tkanek</td><td>http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ed811f696</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Opryskiwacz</td><td>Anest-iwata</td><td>CM-B</td><td>Niestandardowy mikron B</td></tr><tr><td>Punkt kamery</td><td>Szary</td><td>GS2-GE-50S5M-C</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw</td><td>Tokina</td><td>AT-X M100</td><td></td></tr><tr><td>Tkanka naczyniowa</td><td>Caughman Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>0,9% chlorek sodu do wstrzykiwań PBS</td><td>BAXTER HEALTHCARE CORP.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vic_snap</td><td>Rozwiązania</td><td></td><td></td>skorelowane</tr><tr><td>Vic_2D</td><td>Rozwiązania</td><td></td><td></td>skorelowane</tr><tr><td>Wintest 4.1</td><td>Klej tkankowy Bose ElectroForce</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>&nbsp; 3M Vetbond&nbsp;</td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>Środek dezynfekujący&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergent Środek dezynfekujący</td></tr></tbody></table>

wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej

Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens

Charakterystyka mechanicznego zachowania biologicznych i inżynieryjnych tkanek miękkich jest centralnym elementem podstawowych badań biomedycznych i rozwoju produktów. Zależności naprężenie-odkształcenie są zwykle uzyskiwane na podstawie danych z badań mechanicznych, aby umożliwić ocenę porównawczą między próbkami, a w niektórych przypadkach identyfikację konstytutywnych właściwości mechanicznych. Jednakże błędy mogą być wprowadzone poprzez zastosowanie średnich miar odkształcenia, ponieważ znaczna niejednorodność w polu odkształcenia może wynikać z geometrycznej niejednorodności próbki i koncentracji naprężeń wywołanych montowaniem/chwytaniem tkanek miękkich w systemie badawczym. Gdy niejednorodność pola odkształcenia jest znacząca, dokładna ocena reakcji mechanicznej próbki wymaga pomiaru lokalnych odkształceń. Badanie to demonstruje nowatorski protokół badań biomechanicznych do obliczania lokalnych odkształceń powierzchni przy użyciu mechanicznego urządzenia testującego sprzężonego z kamerą o wysokiej rozdzielczości i techniką cyfrowej korelacji obrazów. Seria obrazów powierzchni próbki jest pozyskiwana, a następnie analizowana w celu ilościowego określenia lokalnego odkształcenia powierzchniowego próbki tkanki naczyniowej poddanej narastającemu obciążeniu jednoosiowemu. Takie podejście może poprawić dokładność eksperymentalnej biomechaniki naczyń krwionośnych i ma potencjał do szerszego zastosowania wśród innych natywnych tkanek miękkich, zmodyfikowanych tkanek miękkich i miękkich materiałów hydrożelowych/polimerowych. W filmie pokazujemy, jak skonfigurować komponenty systemu i przeprowadzić pełny eksperyment na natywnej tkance naczyniowej.

Dane mechaniczne uzyskane z testu jednociernego rozciągania z rampą na tkance naczyniowej składają się z zależności obciążenia od przyłożonego przemieszczenia próbki przy danej prędkości przemieszczania. W niniejszym badaniu 2D-DIC w połączeniu z jednociernymi testami mechanicznymi jest wykorzystywany do pomiaru pól odkształceń powierzchniowych próbki w kierunkach ortogonalnych w różnych stanach odkształcenia. Lepkosprężna natura tkanki naczyniowej przejawia się znacznym stopniem histerez...

Opisujemy użycie cyfrowej korelacji obrazu do scharakteryzowania lokalnego pola odkształcenia powierzchniowego na próbkach tkanki naczyniowej poddanych jednoosiowej próbie rozciągania. Pomiary te ułatwiają precyzyjną kwantyfikację reakcji mechanicznej próbki i generowanie konstytutywnych relacji naprężenie-odkształcenie.

Wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and ...

Ogólnym celem tego protokołu jest scharakteryzowanie lokalnego pola odkształcenia powierzchniowego na próbkach tkanki naczyniowej. Osiąga się to za pomocą techniki cyfrowej korelacji obrazu z jednoosiową próbą rozciągania. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie mechaniki tkanek miękkich, a w szczególności dostarczyć informacji do identyfikacji i unieważnienia coraz bardziej wyrafinowanych modeli obliczeniowych i matematycznych tkanki naczyniowej.Główną zaletą tej techniki jest to, że ułatwia precyzyjną kwantyfikację niejednorodności pola odkształcenia na powierzchni próbki, która jest funkcją naturalnych właściwości materiału, geometrii symboli i zastosowanej metody testowania. Jak tylko tkanka dotrze do laboratorium, odizoluj aortę brzuszną od otaczających tkanek za pomocą nożyczek chirurgicznych i kleszczy. Następnie umyć naczynie trzykrotnie za pomocą strzykawki wypełnionej PBS.Po przemyciu należy użyć nożyczek i kleszczyków, aby usunąć jak najwięcej tkanki okołonaczyniowej, bez naruszania integralności próbki. Następnie w środkowej części naczynia umieścić ostrą żyletkę, prostopadle do osi wzdłużnej naczynia i posiekać naczynie trzy razy, aby uzyskać

using-digital-image-correlation-to-characterize-local-strains-on

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Rozkłady odkształceń tętnicy wywołane przez stent są charakteryzowane przy użyciu optycznego systemu pomiaru odkształceń powierzchniowych. Ta technika wizualizacji jest wykorzystywana w celu uzyskania wiedzy na temat wpływu implantacji stentu na naczynie gospodarza.

Monitorowanie mechaniki ścianek podczas wprowadzania stentu do naczynia

Techniki mikroskopii poklatkowej i przetwarzania obrazów zostały użyte do obserwacji i analizy zagęszczenia żelu za pośrednictwem fibroblastów i wyrównania włókien fibryny w bioreaktorze kontrolowanym przez środowisko przez okres 48 godzin.

Obserwacja i ilościowe określanie zagęszczenia fibryny w żelu za pośrednictwem fibroblastów

W tym protokole, naprężenia powierzchni kości udowej są szacowane podczas testów złamań przy użyciu techniki cyfrowej korelacji obrazu. Nowatorstwo metody polega na zastosowaniu stochastycznego wzoru plamek o wysokim kontraście na powierzchni kości udowej, starannie dobranym oświetleniu, szybkim przechwytywaniu wideo i cyfrowej analizie korelacji obrazu do obliczeń odkształceń.

Metoda szacowania naprężeń kory kości udowej zwłok podczas badania złamań z wykorzystaniem cyfrowej korelacji obrazu

To badanie wprowadza protokół pomiaru mikrokrążenia w błonie śluzowej jamy ustnej człowieka za pomocą laserowego obrazowania z kontrastem. Monitorowanie gojenia się ran po przedsionkowoplastyce w połączeniu z ksenogennym przeszczepem kolagenu przedstawiono na przykładzie klinicznym.

Nowatorskie podejście do monitorowania neowaskularyzacji przeszczepu w ludzkim dziąśle

Mikrostrukturalnie małe zachowanie wzrostu pęknięć zmęczeniowych jest badane przy użyciu nowatorskiego podejścia metodologicznego, łączącego pomiar szybkości wzrostu pęknięć i analizę pola odkształceń, aby ujawnić skumulowane pole deformacji na poziomie podziarna.

Pomiary odkształceń w pełnym polu dla mikrostrukturalnie małej propagacji pęknięć zmęczeniowych przy użyciu metody cyfrowej korelacji obrazów

Tutaj prezentujemy metodologię dynamicznej charakterystyki próbek rozciągających przy średnich szybkościach odkształcania przy użyciu szybkiej serwohydraulicznej ramy obciążeniowej. Zdefiniowano również procedury oprzyrządowania i analizy tensometrycznej, a także pomiarów odkształceń w korelacji obrazów cyfrowych na próbkach.

Charakterystyka materiału o pośredniej szybkości odkształcania z cyfrową korelacją obrazu

Ten artykuł opisuje dobrze sprawdzony i powtarzalny test barwienia lektyny dla całego preparatu siatkówki Mount oraz protokoły wymagane do ilościowego pomiaru parametrów naczyniowych często zmienianych w retinopatiach proliferacyjnych i nieproliferacyjnych.

Kwantyfikacja parametrów naczyniowych w całych siatkówkach górskich myszy z retinopatiami nieproliferacyjnymi i proliferacyjnymi

Opracowaliśmy proces mechano-obrazowania do badania heterogenicznych strukturalnych i mechanicznych właściwości blaszek miażdżycowych. Rurociąg ten umożliwia korelację lokalnego dominującego kąta i dyspersji orientacji włókien kolagenowych, zachowania podczas pękania i odcisków palców naprężeń włóknistej tkanki płytki nazębnej.

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

Ten artykuł opisuje algorytm korelacji obrazów cyfrowych o otwartym kodzie źródłowym do pomiaru lokalnych szczepów tkanek 2D w eksplantatach ścięgien. Dokładność tej techniki została zweryfikowana przy użyciu wielu technik i jest ona dostępna do użytku publicznego.

Pomiar lokalnych naprężeń tkanek w ścięgnach za pomocą cyfrowej korelacji obrazu o otwartym kodzie źródłowym

Przedstawiamy metodę nanoszenia trwałych oznaczeń i wzorów na powierzchnie silikonowe poprzez przyleganie drobnych cząstek do powierzchni. Oznaczenia mogą być albo rozpoznawalnym wzorem, albo losowym wzorem plamek, takim jak te używane w cyfrowej korelacji obrazów.

Nakładanie trwałych, solidnych szablonowych wzorów drobnych cząstek na powierzchnie elastomerowe

Poznaj cyfrową korelację obrazów do analizy lokalnych szczepów w tkankach naczyniowych przy użyciu jednoosiowego rozciągania. Ta metoda umożliwia precyzyjną kwantyfikację pól odkształceń i wspiera walidację modeli obliczeniowych biomechaniki tkanek miękkich.

Wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej

Przeglądaj więcej filmów