The authors would like to recognize the Center for Advanced Vehicular Systems (CAVS) and the Agricultural and Biological Engineering Department at Mississippi State University for supporting this work. This material is based upon work supported by the U.S. Army TACOM Life Cycle Command under Contract No. W56HZV-08-C-0236, through a subcontract with Mississippi State University, and was performed for the Simulation Based Reliability and Safety (SimBRS) research program. Also, this material is based upon work supported by the National Nuclear Security Administration, (Department of Energy) under award number [DE-FC26-06NT42755]. Finally, the authors would like to thank Mr. David Adams, Mr. Michael McCollum and Ms. Erin Colebeck for their effort in this research.

הצהרת אתיקה:: הערה העבודה הנוכחית היא ייחודית למדיניות המחקר של המוסד, ובהחלט עוקבת ביו-הבטיחות והמשרד המתאימים של תאימות לתקנות הנחיות (ORC). רכש 1. ביולוגי דגימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללבוש ציוד מגן אישי בהתאם לפרוטוקולי בטיחות ביולוגית סטנדרטיים של המעבדה ו / או מוסד. ללבוש נעליים צבאיות סגורות, מכנסיים ארוכים, חלוק מעבדה, כפפות מנתחים, מסכת מגן, ומשקפי בטיחות בעת טיפול רקמות ובדיקות חזיריות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג רקמה חזירית (ראש, בטן, או רגל אחורית) של חזירים בריאים מבית שחיטה מקומית בנתיחה שלאחר המוות 1-2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן רקמות חזיריות בשקיות בטיחות Biohazard והנח אותם במכל קר (~ 5.56-7.22 מעלות צלזיוס). הערה: השתמש במד חום כדי לבדוק שהטמפרטורה בדגימה חזירית לא לרדת מתחת 7.22 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר רקמות חזיריות למעבדה הקרובה ביותר(במכללה לרפואת וטרינרית באוניברסיטת מיסיסיפי סטייט) לנתיחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת פיקוחו של וטרינר במכללה לרפואת וטרינרית, בניתוח לחלץ איברים חזירי (מוח, כבד, שריר, שומן, או גיד) ולמקם אותם במיכלים מלאים מלוח פוספט (PBS) לאחסון זמני (pH 7.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את מיכל PBS בצידנית עם קרח (~ 5.56-7.22 מעלות צלזיוס) ומייד להעביר אותם למתקן הבדיקה להכנת מדגם ובדיקות SHPB. </li></ol> 2. הכנת דוגמאות ביולוגי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את האיבר חזירי מיכל PBS ומניח אותו על משטח סטרילי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערה: זהה את הכיוון העיקרי של סיבים ומקומות עבור כל מדגם בדיקה. השתמש גלילי למות בקוטר פנימי 30 מ&quot;מ לנתח את מדגם הבדיקה מהאיבר חזירי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם מדגם הבדיקה תקוע בתוך הקובייה הגלילית, להזריק PBS דרך הקצה השני של הנתיחהכלי כדי לאפשר מדגם הבדיקה להחליק החוצה בשלמותה. מניחים את מדגם הבדיקה שחולץ על אזור נפרד של פני השטח סטרילי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באזמל כדי לחתוך את המדגם ליחס עובי והיבט שנקבע. הערה: לבדיקות של דגימות SHPB חזיריות, העובי הוא 10-15 מ&quot;מ ואילו היחס הגובה-הרוחב (עובי / קוטר) הוא .33-.50 (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מחוגה כדי למדוד את העובי וקוטר בשלושה מקומות שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את כל דגימות הבדיקה בPBS הטרי עד שמכשיר SHPB הוא מוכן לבדיקה. הערה: ודא שדגימות נבדקות בתוך 4 שעות לאחר טבח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בטל דגימות שאינן גליליים עקב חתך שגיאות או שינויים בחתך. הנח דגימות מושלכות בשקיות בטיחות הביולוגית מסוכנת. חזור על שלבים 2.2-2.6 להשיג דגימות בדיקה נוספות. </li></ol> בדיקת לחץ בר 3. פיצול-הופקינסון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את בר החלוץ, בר אירוע, ובר המועבר במ &#39;עמודי etal לבדיקת SHPB. הערה: ודא שברים נעים חופשיים למגע ושהממשקים שלהם מיושרים אחד עם השני. לספק פקק לבר מועבר לבטיחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מדי העיבור דבקו אירוע ומועבר ברים למגבר האות. הפעל את מגברי אוויר האות ומחשב מודול DAQ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאתחל את תוכנת לכידת נתונים במהירות הגבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא לכידת החיות של האותות כדי לראות אם הם נמצאים בתוך הטווח הנורמלי, ולבטל את אותות רעש על ידי לחיצה על הסמל אפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט רמת ההדק וקצב נתונים (2 MHz). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאתחל את התוכנה כדי להקליט פעם אחת ברמת ההדק הושגה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את סרגל החלוץ סמוך לתא הלחץ. למלא את תא לחץ ללחץ רצוי. הערה: טווח הלחץ הטיפוסי הוא 5-25 psi. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפס את מד מהירות לייזר על ידי לחיצה על הכפתור אפס ולהגדיר אותו כדי לקרוא את התואר הראשון החלוץr מהירות על ידי קביעת רצועת רפלקטור על הבר החלוץ מאחורי חיישני הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את חדר ריתוק המדגם כזה שזה לא לעכב את התנועה של אירוע ובר באו לידי ביטוי. מניחים את בר האירוע במגע עם בר מועבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למטרות כיול, להפעיל מבחן (ללא מדגם) על ידי הפעלת מתג הדק לתא הלחץ בסרגל החלוץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהנתונים שנרכשו במחשב, לשמור ולנתח את נתוני מתח SHPB מד (שנדון בסעיף הבא) כדי להבטיח שהליך הבדיקה מתפקד כראוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם הגלילי בין האירוע ובר משודרים ולאחר מכן סגור את תא כליאת מדגם. הערה: ודא שאין מראש אוויר מתבצע על המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע משימות 3.4-3.7 עם המדגם ממוקם בין האירוע ובר מועבר. הערה: ודא שאמצע המדגם זהה לאמצע הבר. לפני proceeding, גם לבדוק שהמדגם הוא לא דחוס, אבל נשאר באותו הגיאומטריה כחולץ בעבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הבדיקה הושלמה, השתמש סניטרי חד פעמי מגבונים להסרת מדגם פסולת מהבר האירוע, בר מועבר, ומדגם קאמרי כליאה. השלך את כל הפסולת ומנגב בשקיות בטיחות ביולוגיות מסוכנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את תא ברים וכליאת מדגם באמצעות פתרון ניקוי אתנול 70% ומגבונים סניטריים. </li></ol> לאחר עיבוד 4. SHPB נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את &quot;תוכנת 19 דרג הגבוה MSU&quot; לניתוח של גלי הופקינסון בר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בגין התוכנה על ידי בחינת חלון הגדרות ובחירה &quot;מתח / דחיסה&quot; האפשרות בלשונית המצב לבדיקת uniaxial. כמו כן, בחר &quot;2 גאייג&#39;ס&quot; בגאייג&#39;ס Tab ולחץ על &quot;המשך&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחלון הראשי, בחר בכרטיסיית קובץ 1 להרחיב, ולנווט לנתונים גל אירוע משיא מד לחץ על incideבר NT. בחר את קובץ 2 Tab הפתוח ליבוא שיא מד מתח בר מועבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בכרטיסיית הפרמטרים בחלון הראשי וקלט הפרמטרים הפיזיים של התקנת הבדיקה כולל: ממדי בר, ​​מתח להתאמץ גורמים, עמדות מד מתח, וקבועים פיזור viscoelastic. לחץ על &quot;המשך&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן בחרו בכרטיסיית נתונים בחרו בחלון הראשי ולהשתמש בברי הסמן כדי להפחית את בסיס הנתונים לרק את כמות הנתונים המכילים את התקרית, בא לידי ביטוי, ומועבר גלים. לחץ על &quot;המשך&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן בחר בכרטיסיית הגלים בחר בחלון הראשי ולהשתמש בברי הסמן להגביל גל האירוע בתקרית גל הגרף, הגל משתקף בגרף הגל משתקף, והגל המשודר בגרף הגל המשודר. לחץ על &quot;המשך&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן, בחר בכרטיסיית תיקון בחלון הראשי כדי לאפשר לתוכנה כדי לתקן את פיזור viscoelastic 20-21. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאw בחר בכרטיסיית Shift בחלון הראשי. בגרף הגל, להשתמש בסמן כדי לגרור את האירוע, באו לידי ביטוי, ומועבר לגלים באותה העמדה ראשונית בזמן על ידי בחירת כל אחד בנפרד בגל בחר בכרטיסייה. הצג את כל הגלים בגרף נתונים. ברגע שסיים, לחץ על &quot;המשך&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקובץ התוצאות, להציל את העומס, עקירה, עמדה, ומהירות, פרופילים ידי לחיצה על &quot;שמירה בשם&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשיטות מקובלות בMicrosoft Excel (או כל תוכנת גיליון אלקטרוני אחרת) כדי לחשב את הלחץ נכון ומתח נכון באמצעות ממדי הדגימה נמדדו לפני מבחן הופקינסון בר. </li></ol> דוגמנות 5. SHPB אלמנטים סופיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בתוכנה מסחרית אלמנטים סופיים (FE), ליצור מודל FE של התקנת SHPB. הערה: השתמש באותו גיאומטריות ותכונות חומר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקצאת מהירות ראשונית למודל FE של בר החלוץ לאתחל הסימולציה FE. הערה: המהירותשל חלוץ בר צריך להתאים לזה שבניסוי SHPB לשיעור זן מסוים 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור מודל FE של התקנת SHPB ללא מדגם ממוקם בין האירוע וברים מועבר. הפעל את הסימולציה FE. הערה: מהירות בר החלוץ מדומה צריכה להתאים את מהירות בר חלוץ הניסיונית בתנאי &quot;לא-מדגם&quot;. הקצאת תכונות חומר נתון בטבלה 1 לברי פולימרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא אם מדידות מד מתח (כתם לעומת זמן) בניסוי וסימולציה FE הן בהסכם טוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלב המדגם ביולוגי למודל FE של התקנת SHPB. הקצה את היישום תלת-ממדי (בפורמט קובץ vumat 22) של מודל חומר ISV למדגם ביולוגי 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע מחקר עידון רשת באמצעות שלושה גדלי רשת שונים ולאחר מכן לנתח את התוצאות כדי לקבוע אם הפתרונות להתכנס. הערה: הרשתגודל מתאים למספר הכולל של משושה ו / או אלמנטי tetrahedral המרכיב את מודל FE. בחר את דגם FE עם גודל הרשת הנמוך ביותר שמתכנס לאחר סימולציות נוספות 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהל את כיול מודל שני שלבי FE. בשלב הראשון, להעלות את נתוני ניסוי לחד-ממדי ליישם מודל חומר ISV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את עקומת מתח-כתם האמיתית של הניסוי עם עקומת מתח מתח האמיתית של המודל על ידי התאמת הפרמטרים של מודל חומר ISV (ראה טבלה 1). הערה: חזרות נוספות יש צורך כי נתוני SHPB הניסיוניים הוא תלת-ממדיים בטבע ואילו מודל החומר הוא חד-ממדי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקצאה קבוע חומר ISV למדגם ביולוגי במודל FE של התקנת SHPB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הסימולציה FE עם מהירות בר חלוץ ושיעור מתח עיוות מדגם מתאים לבדיקות SHPB באותו שיעור המתח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Compaמחדש מדידות מד מתח מניסוי וסימולציה FE להסכם טוב (מתח לעומת זמן). הערה: אם יש הסכם טוב בין סימולציות FE וערכי מד מתח ניסוי, להמשיך לשלב השני של תהליך כיול מודל. אם לא, לחזור על משימות 5.7-5.11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב השני של כיול מודל FE, להפעיל את SHPB נתוני מד מתח הסימולציה FE להתנסות בתוכנה שלאחר עיבוד, תוכנת MSU שיעור הגבוה 19-21. הערה: אם תגובת מתח מתח האמיתית מדומה משווה לתגובת מתח מתח האמיתית הניסיונית, אז כיול מודל שני שלבי FE הושלם. אם לא, לחזור על משימות 5.7-5.12. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ממוצע נפח של כיוון הטעינה (Σ 33) מתח לאורך אלמנטי האמצע של מדגם FE המודל. הערה: אם הלחץ הזה הוא בהסכם טוב עם עקומת מתח מתח של תוצאת מודל חומר חד-ממדי ISV, אז התוצאות שהושגו באמצעות משימות 5.7-5.12 מכוילים באופן מלא. אם לא, לחזור על משימות 5.7-5.13. תגובת מתח מתח האמיתית שנתפסו באמצעות היישום חד-ממדי של מודל חומר ISV מייצגת את תגובת מתח מתח האמיתית uniaxial של חומר ביולוגי שנבדק בהתקנת SHPB. </li></ol>

<ol>
	<li>Champion, H. R., Holcomb, J. B., Young, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injuries+from+explosions:+physics,+biophysics,+pathology,+and+required+research+focus.">Injuries from explosions: physics, biophysics, pathology, and required research focus.</a> J Trauma. 66 (5), 1468-1477 (2009).</li><li>Aubry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Summary+and+agreement+statement+of+the+First+International+Conference+on+Concussion+in+Sport,+Vienna+2001.+Recommendations+for+the+improvement+of+safety+and+health+of+athletes+who+may+suffer+concussive+injuries.">Summary and agreement statement of the First International Conference on Concussion in Sport, Vienna 2001. Recommendations for the improvement of safety and health of athletes who may suffer concussive injuries.</a> Br J Sports Med. 36 (1), 6-10 (2002).</li><li>Born, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+trauma:+the+fourth+weapon+of+mass+destruction.">Blast trauma: the fourth weapon of mass destruction.</a> Scand J Surg. 94 (4), 279-285 (2005).</li><li>Cullis, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+waves+and+how+they+interact+with+structures.">Blast waves and how they interact with structures.</a> J R Army Med Corps. 147, 16-26 (2001).</li><li>Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+Loading+and+Blast+Effects+on+Structures&#8211;An+Overview.">Blast Loading and Blast Effects on Structures&#8211;An Overview.</a> Electronic Journal of Structural Engineering. 7, 76-91 (2007).</li><li>Usmani, Z., Alghamdi, F., Kirk, D., Usmani, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intelligent+Agents+in+Extreme+Conditions+&#8211;+Modeling+and+Simulation+of+Suicide+Bombing+for+Risk+Assessment.">Intelligent Agents in Extreme Conditions &#8211; Modeling and Simulation of Suicide Bombing for Risk Assessment.</a> Web Intelligence and Intelligent Agents. , (2010).</li><li>Guskiewicz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cumulative+effects+associated+with+recurrent+concussion+in+collegiate+football+players+the+NCAA+Concussion+Study.">Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players the NCAA Concussion Study.</a> JAMA. 290 (19), 2549-2555 (2003).</li><li>Finkelstein, E., Corso, P., Miller, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Incidence and Economic Burden of Injuries in the United States. , (2006).</li><li>Prabhu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupled+experiment/finite+element+analysis+on+the+mechanical+response+of+porcine+brain+under+high+strain+rates.">Coupled experiment/finite element analysis on the mechanical response of porcine brain under high strain rates.</a> JMech Behav Biomed Mater. 4 (7), 1067-1080 (2011).</li><li>Horstemeyer, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Integrated Computational Materials Engineering (ICME): Using Multiscale Modeling to Invigorate Engineering Design with Science. , (2012).</li><li>Bouvard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+general+inelastic+internal+state+variable+model+for+amorphous+glassy+polymers.">A general inelastic internal state variable model for amorphous glassy polymers.</a> Acta Mechanica. 213, 1-2 (2010).</li><li>Kenner, V. H., Goldsmith, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+on+a+simple+physical+model+of+the+head.">Impact on a simple physical model of the head.</a> J Biomech. 6 (1), 1-11 (1973).</li><li>Khalil, T. B., Viano, D. C., Smith, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+analysis+of+the+vibrational+characteristics+of+the+human+skull.">Experimental analysis of the vibrational characteristics of the human skull.</a> J. Sound Vib. 63 (3), 351-376 (1979).</li><li>Pervin, F., Chen, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+mechanical+response+of+bovine+gray+matter+and+white+matter+brain+tissues+under+compression.">Dynamic mechanical response of bovine gray matter and white matter brain tissues under compression.</a> J Biomech. 42 (6), 731-735 (2009).</li><li>Prevost, T. P., Balakrishnan, A., Suresh, S., Socrate, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechnics+of+brain+tissue.">Biomechnics of brain tissue.</a> Acta Biomater. 7 (1), 83-95 (2011).</li><li>Saraf, H., Ramesh, K. T., Lennon, A. M., Merkle, A. C., Roberts, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+soft+human+tissues+under+dynamic+loading.J.">Mechanical properties of soft human tissues under dynamic loading.J.</a> J Biomech. 40 (9), 1960-1967 (2007).</li><li>Van Sligtenhorst, C., Cronin, D. S., Wayne Brodland, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+strain+rate+compressive+properties+of+bovine+muscle+tissue+determined+using+a+split+Hopkinson+bar+apparatus.">High strain rate compressive properties of bovine muscle tissue determined using a split Hopkinson bar apparatus.</a> J Biomech. 39 (10), 1852-1858 (2006).</li><li>Song, B., Chen, W., Ge, Y., Weerasooriya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+and+quasi-static+compressive+response+of+porcine+muscle.">Dynamic and quasi-static compressive response of porcine muscle.</a> J Biomech. 40 (13), 2999-3005 (2007).</li><li>. MSU JHBT Data Processing and MSU High Rate Software Manual Available from: <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip</a> (2014)</li><li>Zhao, H., Gary, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+SHPB+techniques+to+determine+the+dynamic+behavior+of+materials+in+the+range+of+small+strains.">On the use of SHPB techniques to determine the dynamic behavior of materials in the range of small strains.</a> Int J Solids Struct. 33 (23), 3363-3375 (1996).</li><li>Zhao, H., Gary, G., Klepaczko, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+a+viscoelastic+split+hopkinson+pressure+bar.">On the use of a viscoelastic split hopkinson pressure bar.</a> Int J Impact Eng. 19 (4), 319-330 (1997).</li><li>. MSU TP Ver 1.1. Available from: <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip</a> (2014)</li><li>Gray, G. T., Blumenthal, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASM Handbook, Mechanical Testing and Evaluation. 8, 488-496 (2000).</li><li>Dharan, C. K. H., Hauser, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+stress-strain+characteristics+at+very+high+strain+rates.">Determination of stress-strain characteristics at very high strain rates.</a> Exp. Mech. 10 (9), 370-376 (1970).</li><li>Chen, J., Priddy, L. B., Prabhu, R., Marin, E. B., Horstemeyer, M. F., Williams, L. N., Liao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+Injury:+Mechanical+Response+of+Porcine+Liver+Tissue+under+High+Strain+Rate+Compression+Testing.">Traumatic Injury: Mechanical Response of Porcine Liver Tissue under High Strain Rate Compression Testing.</a> Proceedings of the ASME 2009 Summer Bioengineering Conference (SBC2009). , (2009).</li></ol>

המחברים מצהירים בזאת, כי אין ניגוד עניינים עם כל קשור לפרסום זה החומר.

המתודולוגיה דיווחה כי זוגות ניסוי SHPB ודוגמנות FE של SHPB מציעים רומן וטכניקה ייחודית כדי להעריך את תגובת uniaxial האמיתית מתח מתח של חומר ביולוגי בשיעורי זן גבוהים. כדי להשיג תכונות מכאניות פנימיות לרקמת הילידים, יש להקפיד לשמור את הדגימה ביולוגי בין 5.56-7.22 מעלות צלזיוס לפנ?...

מוטיבציה המטרה העיקרית של הפיצול בשילוב - בר לחץ הופקינסון הניסוי (SHPB) / דוגמנות אלמנטים סופית של ביו-חומרים רכים (כגון מוח, כבד, גיד, שומן, וכו &#39;) הייתה לחלץ ההתנהגויות מכאני uniaxial ליישום נוסף בגוף אדם FE סימולציות תחת עומסים מכאניים פוגעניים. האלמנטים סופיים מודל גוף האדם (FE) מורכב מרשת מפורטת אנושית גוף ומודל היסטוריה תלוי Multiscale viscoelastic-viscoplastic הפנימי מדינת חומר משתנה (ISV) לאיברים אנושיים שונים. מודל גוף אדם זה יכול לשמש למסגרת לבנות סטנדרטים טובים יותר להגנת פציעה, לעצב ציוד מגן חדשני, ולאפשר לעיצוב כלי רכב ממוקד דייר. שני מצבים של פציעת שיעור גבוהה נצפו באופן נרחב בטראומה אנושית: פיצוץ נפץ והשפעה בוטה. נזק פיצוץ מכלי נשק נפיץ הוא המקור העיקרי של טראומטיפציעת ג (TI) והגורם המוביל למוות בשדה הקרב 1. כאשר התפוצץ, חומרי הנפץ אלה יוצרים גל הלם חיצוני הפצת שמייצר תאוצות ועיוותים גדולות ופתאומיות. עומסים וכתוצאה מכך להוות איום רציני לאלו שנחשפו. למרות שכל חלק של האנטומיה יכול להיפגע על ידי גלי הלם, אזורי ראש דאגתם (1) הגפיים התחתונים בשל קרבתו הקרובה לאדמה, ו- (2) הראש מאז פציעות יכולים לעכב תפקוד תקין של המוח והישרדות 2 , 3. יכולות להיות מסווגות כפגיעות אלה פציעות ראשוניות, שניוניות, שלישוני או בהתאם לסוג של ניזק שנגרם. בגלל הכוח של חומר נפץ מאופיין במשקלה או גודל, מרחק תיקו, משך דופק חיובי, ומדיום שדרכו הוא עובר, זה יכול להיות קשה לסווג כראוי פציעות אלה 3-6. דיווחים מצביעים על כך שקונגרס אנשי צבא סבלו כמעט 179,000 פציעות טראומטיות עקב חבלהקריסות נשק וכלי רכב בעיראק ובאפגניסטן, משנת 2000 עד מרץ 2010 2. בשל האופי ומיקומם של הלחימה מודרנית, פגיעות ראש הם דאגה מובילה לשניהם הצבאי ואזרחים 3. מלבד תרחישי לחימה, יש TI מגוון של סיבות, כולל טראומת רכב; רודיאו, אופנוע ותאונות ביתיות; ופציעות ספורט. פגיעה מוחית טראומטית לדוגמא, למרות שיפורים לציוד בטיחות ופרוטוקולים, הנגרמת באופן מכאני (TBI) ממשיכה להיות מקור מוביל לתמותה ותחלואה לכל החיים במרכז ארה&quot;ב לבקרת מחלות ומניעתן (CDC) מדווח אירועים כ -1.4 מיליון TBI כל שנה, מתוכם כמעט 50,000 הם קטלניים. פוטבול אמריקאי חשבונות לבד ליותר מ -300,000 TBIs כל שנה 7. ניצולי פציעות כאלה הם בסיכון לסיבוכים נוירולוגיים ארוך טווח הקשורים לתחושה, קוגניציה, ותקשורת. בשלב זה יש כ5.3 מיליון אמריקאים חיים עם חסרונות כרוניים אלה ומוגבלויות. עלויות רפואיות ישירה ועקיפות בארה&quot;ב 2000-2010 הסתכמו 60000000000 $ 8. עם זאת, מספרים אלה אינם מהווים עלויות שאינן רפואיות והפסדים, או אלה שנגרמו למשפחות והחברים התומכים חולי TBI. מעבר גרידא ניתוח כלכלי, נכות הנגרמת TBI יוצרת הפחתה משמעותית באיכות החיים שיכולים להתבטא כנטל משמעותי על משפחות ולחברה. הצורך בהבנה נוספת של ההיווצרות, אפיון, והמניעה של TI הוא ברור. מחקרים ביו-מכאניים של המנגנונים הגורמים לTI לספק תובנה והזדמנות לצמצום חשיפה או לשפר את תכונות בטיחות עבור אלה בסיכון פוטנציאלי לTI. יתר על כן, יותר קידום ההבנה הכללית של היווצרות TI עשוי לשפר את השיטות וקריטריונים לאבחון, מתן אנשי מקצוע רפואי המטפלים TI עם אמצעים טובים יותר של תוצאות שיפורים והצלת חיים. ידע טוב יותר של מנגנוני פציעה והבנה טובה יותר של ביומכניקה של פיתוח פציעה יש צורך לפתח אמצעי הגנה יעיל לגוף האדם. מבחינה הסטורית, סימולציות שמטרתן פציעות ניבוי כבר הקשו על ידי מגבלות חישובית כמו גם הנאמנות של אנטומיים ודגמי חומר מועסקים. סימולציות גוף מלאה התמקדו בעומסים הכוללים על כל חלק בגוף, אבל את הלחץ, מתח, והנזק המקומיים בכל איבר, שריר, עצם, וכו &#39;לא נצפו. לדוגמא, מודלים רגע הכתף להשתמש בממדים של הזרוע, העומס, ואת הזווית להחיל לחפש ערכים טבלאיים שציינו אם או לא תרחיש מסוים הוא מסוכן. חישוב שהטבע הוא מועיל להערכות מהירות אבל לא יכול ללכוד את מה שקורה באופן מקומי מהיד כל הדרך לכתף, במיוחד כאשר נזק ופגיעה הם במהותו מקומיים. שנית, FE שלimulations שימש כדי ללכוד את התגובה המקומית. ההגבלה במאמצים אלה לא הייתה FEA עצמו, אבל דגמי חומר המגדירים את ההתנהגות של כל חלק בגוף תחת עומסי פציעת פיצוץ. דגמי חומר שעבר הועסקו מותאמים מחומרים פשוטים ולא השתדלו ללכוד את מספר עצום של התנהגויות מכאניות מורכבות הוצגו על ידי רקמות ביולוגיות. לכן, מודלים חישוביים באיכות גבוהה עם דגמי חומר ISV לאיברים בגוף האדם מייצגים את הדרך המציאותית ביותר לחקור את הפיזיקה וביומכניקה של TIS, לעצב ציוד מגן חדשני, ולקבוע סטנדרטים טובים יותר למדדי פציעה. רקע על בר הפיצול-הופקינסון לחץ (SHPB) ומשתנה פנימי מדינת דגם חומר (ISV) בשל בעיות אתיות כרוכות בבדיקת vivo של איברים אנושיים ובעיות הלוגיסטיות הקשורים בבדיקות מגופות אנושיות רחב היקף, currמאמץ מחקר אף אוזן גרון כרוך ניסויים מכאניים במבחנה באמצעות דגימות שהוכנו מאיברים שחולצו מתחליפי בעלי חיים (למשל, חזיר כתחליף הנפוץ ביותר בשימוש). פולימרי SHPB הייתה השיטה המועדפת למבחנה בביו-חומרים-רכים בדיקה בשיעורי זן גבוהים. התנהגויות deformational הרלוונטיות מבדיקת SHPB ומידע הקשורים לניזק לרקמות מקבילה מתכונות microstructural של הרקמה משולבות דגמי חומר ISV שלנו לתיאור איבר מכאני 9-10. אז דגמי חומר אלה מיושמים במודל גוף אדם הווירטואלי שלנו לנהל FEA של פציעות שונות. תהליך זה מאפשר לנו לנוע לעבר המטרה של ניבוי המדויק של הפיזיקה ואופי פציעה לאיבר נתון בתנאי העמסה מכאניים מגוונים (הנגרמת פיצוץ למשל תאונה דרכים, והשפעה בוטה) ללא הצורך בניסויים פיזיים נוספים. כדי לתאר במדויק לאהוא הפנומנולוגית תכונות מכאניות, במיוחד תלות מתח-שיעור ברמה גבוהה יותר, של ביו-חומרים המשמשים בסימולציות FE של גוף האדם, ניסויי SHPB בוצעו על ביו-חומרים כדי להשיג תגובות מכאניות דינמיות בשיעורי זן הנוגעים לTIs האנושי. סקירה של התקנת SHPB במרכז למערכות כלי רכב מתקדם (הקאבס), אוניברסיטת מיסיסיפי מדינה (MSU) מוצגת באיור 1. מחקרים קודמים הראו כי יש בדיקות SHPB שלושה פגמים עיקריים הקשורים אליו 12-18. אחד הראשון והמשמעותי ביותר הוא השפעת האינרציה חומר, המופיעה בתגובה המכנית שיעור מתח הגבוה של דגימה ביולוגי כספייק ראשוני. על מנת להתגבר על בעיה זו, מאמצי מחקר קודמים הציעו שינוי הגיאומטריה של הדגימה מגלילית בצורה לcuboidal או טבעתי בצורה. ההתנהגויות מכאניות כתוצאה ממחקרים כאלה היו שונות לכאן ולכאןמ &#39;כל אחד אחר, כי הגיאומטריה של הדגימה מושפעת התפשטות הגל, אינטראקציות גל, ותגובה המכנית. סוג זה של שינוי לגיאומטרית הדגימה הוביל לייצוגים שגויים של התגובה המכנית (מדינת מתח multiaxial ולא אחידה) של החומר הביולוגי. הפגם העיקרי השני היה חוסר היכולת לשמור על שיווי משקל כוח דינמי במהלך בדיקה. חוקרים התגברו על בעיה זו על ידי צמצום מדגם יחס עובי לקוטר ו / או הקפאת הרקמה לפני הבדיקה. תוך צמצום מדגם יחס עובי לקוטר התייחס לנושא של שיווי משקל כוח דינמי, הקפאת הרקמות נוספות מסובכות הליך הבדיקה כפי שהוא שינה את תכונות חומר בשל התגבשות של מים הנוכחיים ברקמה. מספר מחקרים נטושים לחלוטין SHPB להימנע הוזכר לעיל פגמים ומשמשים צינורות הלם כדי לקבל את תגובת לחץ-זמן במודלים שונים של בעלי חיים (חולדות, חזירים, וכו &#39;). עם זאת, אלהמודלים imal לא נותנים התנהגויות uniaxial חד-ממדי מתח מתח דרושה לדגמי חומר המשמשים בסימולציות FE. הפגם השלישי היה כישלון SHPB לתת תוצאות מתח מתח חד ממדיות בגלל הדגימה מתגלגלת בשל רכות החומר וכמות תוכן מים בדגימה. לפיכך, SHPB מציג מנגנון בדיקת קיימא לגייס נתוני שיעור גבוה מתח. לחומרים רכים, לעומת זאת, SHPB גורם בולט שמייצרת מדינת מתח תלת-ממדית בעיקר מלחץ ההידרוסטטי, עדיין נתונים מתח מתח חד ממדי הוא רצוי. אנחנו מראים כאן איך אפשר עדיין להשתמש בSHPB לגייס את עקומת מתח מתח האמיתי uniaxial חד-ממדית לכיול מודל חומר; עם זאת, התהליך הכרוך בהשגת עקומת מתח מתח האמיתית uniaxial מסובך. תהליך זה כולל גם את נתוני ניסוי רב-צירי ותוצאות הסימולציה FE, וזה דורש כיול חוזר ונשנה שלקבועי מודל חומר. היישום חד-ממדי של דגם ISV חומר בMATLAB, הידוע גם בסימולטור נקודת חומר, דורש נתוני ניסוי חד-ממדיים לכיול. אז, מודל חומר ISV היה מותאם באמצעות תהליך כיול שיטתי. כאן, נתוני ניסוי מבדיקות SHPB נחשבו בהקשר של ניסוח תיאורית הגל ושיווי משקל דינמי כוח (MSU תוכנת שיעור הגבוה). כדי להסביר את פיזור viscoelastic של SHPB פולימרים, משוואות פיזור viscoelastic, כפי שדווח על ידי זאו et al. (2007), יושמו בMSU גבוה תוכנת דרג. משוואות פיזור viscoelastic עזרו בהבטחת שיווי משקל כוח דינמי בזמן הבדיקה. סימולטור נקודת חומר חד-ממדי היה מותאם אז בהקשר של בני זוג מתודולוגיה דוגמנות הניסוי-FE עד שני התהליכים נחשבו כראוי תואם, כלומר, נתונים משניהם היו בהסכם טוב. נתונים אלה היומשמש כדי להתאים את קבועי חומר מודל ISV על ידי השוואת התגובה של סימולטור תגובת חומר MATLAB (חד ממדית) מכאנית ו( חד ממדית) הדגימה מתח האמצע של מודל SHPB FE. הנה מרכיב לחץ דגימה של מודל FE היה לאורך כיוון טעינת גל. אז ההתנהגות תלת-ממדית של דגימת מודל FE כויל על ידי iteratively ביצוע סימולציות FE והתאמה קבוע ISV כך שמתח טעינת כיוון-בממוצע הנפח המתואם היטב עם תגובת מתח מתח האמיתית הניסיונית. לפיכך, תהליך של אופטימיזציה איטרטיבי בין נתוני ניסוי, תוצאות FE, ומודל חומר ISV חד-ממדי נערך. טבלת 1 נותנת סיכום של המשתנים של מודל חומר ISV (MSU TP Ver. 1.1) 11. המרכיב החשוב ביותר למתודולוגיה זו הוא קבלת התגובה חד-ממדית המכנית של החומר הביולוגי והפרמטרים שלו חומרלמודל חומר ISV, שעוקף את נושאי בדיקות SHPB של אי-אחידות מתח המדינה. זה גם מפריד את התגובה קוי הראשונית של החומר הביולוגי הנובע מהשפעות אינרציה והופך תגובה מכאנית שהוא מהותי לחומר. המתודולוגיה בשילוב גם הראתה כי שינוי בגיאומטריה הדגימה משתנה לחלוטין גבול ערך הבעיה (BVP) ומתח המתח האמיתי כיוון טעינה של הדגימה. ככזה, המתודולוגיה שהוזכר לעיל ניתן להשתמש בכל מודל חומר (הפנומנולוגית או מבוסס microstructural) לכיול ולאחר מכן לדמות התנהגויות שיעור מתח גבוה של איברים אנושיים תחת עומסים מכאניים פוגעניים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="951">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:699px;">Description</td>
			<td style="width:141px;">Provider</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td style="width:59px;">Quantity</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High pressure 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 male x 1/4 female pipe size, hex reducing bushing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 3/4 male x 1/4 female, hex reducing bushing 150 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 1/2&#34; NPT female</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 3/4&#34; NPT female</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ASME-code stainless steel pop-safety valve, 1/4 NPT male, 300 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Precision extreme-pressure 316SS pipe fitting, 1/2 x 1/2 pipe size, 1-7/8&#34; length, hex nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">8</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 pipe size, tee, 150 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Test gauge with safety case, polyester case, standard, dry, 600 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digital gauge, plastic case, 2-1/2&#34; dial, 1/4 bottom connection, 300 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Type 316 stainless steel 37 degree flared tube fitting, adapter for 1/4&#34; tube OD x 1/8&#34; NPT male pipe</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">12</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">303 stainless steel 37 degree JIC swivel fitting for 3/16&#34; ID</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">12</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High-pressure chemical hose, 3/16&#34; ID, 0.312&#34; OD, 3000 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">6</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High-Purity Gas Regulator Single-Stage, Nitrogen, 0-125 PSI, CGA #580</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hose for Nitrogen Gas, Argon, and Oxygen Brass Fem Fittings, PTFE Hose, 3&#39;L, 1/4&#34; ID, 3600 PSI</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 X 1/4 Pipe Size, Hex Nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">4</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 3/4 X 3/4 Pipe Size, Hex Nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 Male X 1/8 Female Pipe Size, Hex Bushing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Standard Brass Compression Tube Fitting Adapter for 1/4&#34; Tube OD X 1/4&#34; NPTF Male Pipe</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">4</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Kobalt 1/4 in Mini Regulator with Gauge</td>
			<td>Lowes</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1/4&#34; x 25 ft polyethylene tubing</td>
			<td>Lowes</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1-1/2&#34; Diameter Polycarbonate (PC) Rod</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LTV-35 4-Way Valve Mead Fluid Dynamics</td>
			<td>Motion Industries</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pneumatic double action actuator</td>
			<td>Valtronic</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Stainless Steel Ball Valve 1/2&#34;</td>
			<td>Valtronic</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Buckeye pressure vessel</td>
			<td>Buckeye</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;">SR-4 General Purpose FAE-25-35SX Strain Gages</td>
			<td style="width:141px;">Micro-Measurement Vishay Precision Group</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;">M-M Signal Conditioning Amplifier 2310A</td>
			<td style="width:141px;">Micro-Measurement Vishay Precision Group</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td align="right">1</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laser ROLS-W optical sensor</td>
			<td>Monarch Instruments</td>
			<td></td>
			<td align="right">1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a coupled experiment-finite element modeling methodology for assessing high strain rate mechanical response of soft biomaterials

מחקר זה מציע גישת סימולציה אלמנט ניסיוני וסופי משולב (FE) לבחינת ההתנהגות המכנית של ביו-חומרים רכים (לדוגמא מוח, בכבד, בגיד, שומן, וכו &#39;) כאשר הם נחשפים לשיעורי זן גבוהים. מחקר זה נוצל בר לחץ הפיצול-הופקינסון (SHPB) כדי ליצור שיעורי זן של 100-1,500 שניות -1. SHPB מועסק בר חלוץ מורכב מחומר viscoelastic (פוליקרבונט). מדגם של החומר הביולוגי הושג זמן קצר נתיחה שלאחר מוות ומוכן לבדיקת SHPB. הדגימה התערבה בין האירוע וברים מועבר, והרכיבים פנאומטיים של SHPB הופעלו לנהוג בר החלוץ לכיוון הבר האירוע. ההשפעה וכתוצאה מכך נוצרה גל דחיסה לחץ (כלומר גל אירוע) שנסע דרך הבר האירוע. כאשר גל לחץ הדחיסה הגיע לסוף שורת האירוע, חלק המשיך קדימה במדגם ומועבר בר (iכלומר. גל משודר) ואילו חלק אחר התהפך בבר האירוע כגל מתיחה (כלומר משתקפים גל). גלים אלה נמדדו באמצעות מדי עיבור רכוב על האירוע וברים מועבר. מתח מתח ההתנהגות האמיתית של המדגם נקבעה ממשוואות המבוססות על התפשטות גל ושיווי משקל כוח דינמי. תגובת מתח מתח הניסיונית הייתה שלושה ממדים בטבע כי הדגימה בלטו. ככזה, המתח ההידרוסטטי (ראשון משתנה) שימש כדי ליצור את תגובת מתח מתח. כדי לחלץ את תגובת uniaxial (חד ממדית) המכנית של הרקמה, אופטימיזציה בשילוב איטרטיבי בוצעה באמצעות תוצאות ניסויים ואנליזת אלמנטים סופיים (FEA), שהכיל חומר מודל משתנה (ISV) פנימי מדינה משמש לרקמות. מודל חומר ISV השתמש בסימולציות FE של הגדרת הניסוי היה מכויל iteratively (מותאם כלומר) לtha כגון נתוני ניסוילא הניסוי וערכי מד מתח FEA ובלתי משתנה הראשונה של לחצים היו בהסכם טוב.

<html> היעילות של המתודולוגיה בשילוב מודגמת באיור 3. הנה תגובת מתח מתח הניסיונית SHPB למוח היא במצב מתח נמוך (עם מתח שיא של 0.32 MPA) בהשוואה למצב הלחץ של החומר חד-ממדי סימולטור נקודה (עם ערך שיא של 0.74 MPA), שהוא דומה לקו מרכז מדגם FE הממוצע (אלמנט). זאת בשל האופי של עיוות שתע...

Watch this Scientific Journal Video about A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials at JoVE.com

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

המחקר הנוכחי קובע מתודולוגיה סימולציה אלמנט ניסוי-סופי בשילוב להשיג את התגובה המכנית הדינמית uniaxial של ביו-חומרים רכים (מוח, כבד, גיד, שומן, וכו &#39;). תוצאות ניסוי multiaxial שהתעוררו בגלל הדגימה בולטת שהתקבלו מבדיקות בר לחץ הפיצול-הופקינסון שניתנו להתנהגות מתח מתח אמיתית uniaxial כאשר מדומה באמצעות אופטימיזציה איטרטיבי של ניתוח האלמנטים הסופי של החומר הביולוגי.

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

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

a-coupled-experiment-finite-element-modeling-methodology-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.4K Views.  Mississippi State University.  המחקר הנוכחי קובע מתודולוגיה סימולציה אלמנט ניסוי-סופי בשילוב להשיג את התגובה המכנית הדינמית uniaxial של ביו-חומרים רכים (מוח, כבד, גיד, שומן, וכו '). תוצאות ניסוי multiaxial שהתעוררו בגלל הדגימה בולטת שהתקבלו מבדיקות בר לחץ הפיצול-הופקינסון ש...

Video: A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

פלטפורמות microfabricated לתרבות Cell דינמי מכאני

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Microarrays פולימר לגילוי תפוקה גבוהה של Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a nano-scale. As such, traditional methods of describing implant surfaces -&#160;namely numerical determinants of surface roughness -&#160;are inadequate for predicting in vivo performance. Biomechanical testing provides an accurate and comparative platform to analyze the performance of biomaterial surfaces. An improved mechanical testing method to test the anchorage of bone to candidate implant surfaces is presented. The method is applicable to both early and later stages of healing and can be employed for any range of chemically or mechanically modified surfaces -&#160;but not smooth surfaces. Custom rectangular implants are placed bilaterally in the distal femora of male Wistar rats and collected with the surrounding bone. Test specimens are prepared and potted using a novel breakaway mold and the disruption test is conducted using a mechanical testing machine. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate and reproducible means for isolating an exact peri-implant region for testing.

An improved method to mechanically test bone anchorage to candidate implant surfaces is presented. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate means to direct the disruption forces to an exact peri-implant region.

מכונות בדיקת שיטה משופרת להערכת Anchorage עצם השתל

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

ייצור והשרשה של מדי עיבור Dual-אלמנט הזעיר למדידה<em&gt; בVivo</em&gt; במערכת העיכול התכווצויות במכרסמים.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular cartilage impairs its load-bearing function substantially as it experiences tremendous chemical degradation, i.e. proteoglycan loss and collagen fibril disruption. One promising way to investigate chemical damage mechanisms during OA is to expose the cartilage specimens to an external solute and monitor the diffusion of the molecules. The degree of cartilage damage (i.e. concentration and configuration of essential macromolecules) is associated with collisional energy loss of external solutes while moving across articular cartilage creates different diffusion characteristics compared to healthy cartilage. In this study, we introduce a protocol, which consists of several steps and is based on previously developed experimental micro-Computed Tomography (micro-CT) and finite element modeling. The transport of charged and uncharged iodinated molecules is first recorded using micro-CT, which is followed by applying biphasic-solute and multiphasic finite element models to obtain diffusion coefficients and fixed charge densities across cartilage zones.

We propose a protocol to investigate the transport of charged and uncharged molecules across articular cartilage with the aid of recently developed experimental and numerical methods.

ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי Articular סחוס

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

ריחוף מגנטי יחד עם הדמיה ניידת וניתוח עבור אבחון מחלות

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and giant congenital nevi. Despite its widespread use, planning and executing an expansion protocol is challenging due to the difficulty in measuring the deformation imposed at each inflation step and over the length of the procedure. Quantifying the deformation fields is crucial, as the distribution of stretch over time determines the rate and amount of skin grown at the end of the treatment. In this manuscript, we present a method to study tissue expansion in order to gain quantitative knowledge of the deformations induced during an expansion process. This experimental protocol incorporates multi-view stereo and isogeometric kinematic analysis in a porcine model of tissue expansion. Multi-view stereo allows three-dimensional geometric reconstruction from uncalibrated sequences of images. The isogeometric kinematic analysis uses splines to describe the regional deformations between smooth surfaces with few mesh points. Our protocol has the potential to bridge the gap between basic scientific inquiry regarding the mechanics of skin expansion and the clinical setting. Eventually, we expect that the knowledge gained with our methodology will enable treatment planning using computational simulations of skin deformation in a personalized manner.

This protocol uses multi-view stereo to generate three-dimensional (3D) models out of uncalibrated sequences of photographs, making it affordable and adjustable to a surgical setting. Strain maps between the 3D models are quantified with spline-based isogeometric kinematics, which facilitate representation of smooth surfaces over coarse meshes sharing the same parameterization.

כימות של זנים במודל חזירי של הרחבת עור באמצעות סטריאו Multi-הצגת Isogeometric קינמטיקה

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and ...

Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

Photoreceptor degenerative diseases cause irreparable blindness through the progressive loss of photoreceptor cells in the retina. Retinal prostheses are an emerging treatment for photoreceptor degenerative diseases that seek to restore vision by artificially stimulating the surviving retinal neurons in the hope of eliciting comprehensible visual perception in patients. Current retinal prostheses have demonstrated success in restoring limited vision to patients using an array of electrodes to electrically stimulate the retina but face substantial physical barriers in restoring high acuity, natural vision to patients. Chemical neurostimulation using native neurotransmitters is a biomimetic alternative to electrical stimulation and could bypass the fundamental limitations associated with retinal prostheses using electrical neurostimulation. Specifically, chemical neurostimulation has the potential to restore more natural vision with comparable or better visual acuities to patients by injecting very small quantities of neurotransmitters, the same natural agents of communication used by retinal chemical synapses, at much finer resolution than current electrical prostheses. However, as a relatively unexplored stimulation paradigm, there is no established protocol for achieving chemical stimulation of the retina in vitro. The purpose of this work is to provide a detailed framework for accomplishing chemical stimulation of the retina for investigators who wish to study the potential of chemical neuromodulation of the retina or similar neural tissues in vitro. In this work, we describe the experimental setup and methodology for eliciting retinal ganglion cell (RGC) spike responses similar to visual light responses in wild-type and photoreceptor-degenerated wholemount rat retinas by injecting controlled volumes of the neurotransmitter glutamate into the subretinal space using glass micropipettes and a custom multiport microfluidic device. This methodology and protocol are general enough to be adapted for neuromodulation using other neurotransmitters or even other neural tissues.

Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

This protocol describes a novel method for investigating a form of chemical neurostimulation of wholemount rat retinas in vitro with the neurotransmitter glutamate. Chemical neurostimulation is a promising alternative to the conventional electrical neurostimulation of retinal neurons for treating irreversible blindness caused by photoreceptor degenerative diseases.

מתודולוגיה Neuromodulation ביונים כימית של עכברוש הרשתיות עם ה עצבי גלוטמט במבחנה

Photoreceptor degenerative diseases cause irreparable blindness through the progressive loss of photoreceptor cells in the retina. Retinal prostheses are ...

Stiffness Measurement of Soft Silicone Substrates for Mechanobiology Studies Using a Widefield Fluorescence Microscope

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been proven to be useful substrates for culturing cells in a physical microenvironment that partially mimics in vivo conditions. Here, we present a simple protocol for characterizing the Young's moduli of isotropic linear elastic substrates typically used for mechanobiology studies. The protocol consists of preparing a soft silicone substrate on a Petri dish or stiff silicone, coating the top surface of the silicone substrate with fluorescent beads, using a millimeter-scale sphere to indent the top surface (by gravity), imaging the fluorescent beads on the indented silicone surface using a fluorescence microscope, and analyzing the resultant images to calculate the Young's modulus of the silicone substrate. Coupling the substrate's top surface with a moduli extracellular matrix protein (in addition to the fluorescent beads) allows the silicone substrate to be readily used for cell plating and subsequent studies using traction force microscopy experiments. The use of stiff silicone, instead of a Petri dish, as the base of the soft silicone, enables the use of mechanobiology studies involving external stretch. A specific advantage of this protocol is that a widefield fluorescence microscope, which is commonly available in many labs, is the major equipment necessary for this procedure. We demonstrate this protocol by measuring the Young's modulus of soft silicone substrates of different elastic moduli.

Substrates with stiffness in the kilopascal-range are useful to study the response of cells to physiologically relevant micro-environment stiffness. Using just a widefield fluorescence microscope, the Young's modulus of soft silicone gels can be determined using an indentation with a suitable sphere.

מידה נוקשות של סובסטרטים סיליקון רך Mechanobiology מחקרים באמצעות מיקרוסקופ זריחה Widefield

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

אפיוני מכני biaxial של מסתמי הלב Atrioventricular

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...