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.

注：倫理声明：現在の仕事は、機関の研究政策に固有のものであり、厳密に規制コンプライアンス（ORC）のガイドラインの適切なバイオ安全性およびOfficeに従います。 1.生体材料試験片の調達<ol><li>実験室および/または機関の標準的な生物学的安全性プロトコルに従って個人用保護具を着用します。ブタ組織とテストの処理中に閉じたつま先の靴、長ズボン、白衣、手術用手袋、保護マスク、および安全ゴーグルを着用します。 </li><li> 1-2時間の死後内のローカルの食肉処理場からの健康なブタのブタ組織（頭部、腹部、または後肢）を取得します。 </li><li>バイオハザード安全バッグにブタの組織を保存した後、氷の容器（〜5.56から7.22℃）に置いてください。 注：ブタの試料内の温度が7.22未満に低下しないことを確認するために温度計を使用して、 °C。 </li><li>最寄りの実験室にブタの組織を輸送解剖用（ミシシッピ州立大学獣医学部の大学）。 </li><li>獣医学の大学で獣医師の監督の下で、外科的にブタの臓器（脳、肝臓、筋肉、脂肪、または腱）を抽出し、一時記憶（pHは7.4）のためのリン酸緩衝生理食塩水（PBS）で充填された容器内に配置します。 </li><li>アイスクーラー（〜5.56から7.22°C）でのPBSコンテナを格納し、すぐにサンプル調製とSHPB試験のための試験施設に輸送。 </li></ol> 2.バイオマテリアルサンプル調製<ol><li> PBS容器からブタの臓器を取り出して、無菌面に置きます。 </li><li>注：各試験サンプルのための主要な繊維配向および位置を特定します。ブタの臓器からの試験試料を分析するために、円筒状が30mm、内径とダイを使用します。 </li><li>試験試料は、円筒金型の内部に押し込まれた場合、切開の反対側の端部を通ってPBSを注入ツールは、試験サンプルが無傷アウトスライドすることを可能にします。滅菌表面の別々の領域に抽出された試験試料を配置します。 </li><li>所定の厚さとアスペクト比にサンプルをトリミングするメスを使用してください。 注：アスペクト比（厚さ/直径）が0.33から0.50（ 図2）であるブタの試料のSHPB試験のために、厚さ10〜15 mmです。 </li><li> 3つの異なる場所での厚さと直径を測定するためにキャリパーを使用します。 </li><li> SHPB装置はテストのための準備が整うまで、新鮮なPBS中のすべてのテストのサンプルを保管してください。 注：サンプルは、屠殺した後4時間以内に試験されていることを確認してください。 </li><li>による断面の切開エラーまたは変動に円筒形ではないサンプルを捨てます。バイオハザード安全バッグに廃棄されたサンプルを置きます。繰り返して、追加のテストサンプルを得るために2.2から2.6を繰り返します。 </li></ol> 3.スプリットホプキンソン圧力棒テスト<ol><li> mはストライカーバー、入射バー、送信バーを配置しますSHPB試験のためエタル島支柱。 注：バーは無料でタッチに移動し、そのインタフェースが互いに整列されていることをされていることを確認してください。安全のために送信されたバーのストッパーを提供します。 </li><li>ひずみゲージ事件に付着し、信号増幅器にバー​​を送信しを接続します。シグナル·コンディショニングアンプやDAQモジュールコンピュータの電源を入れます。 </li><li>高速データ取り込みソフトウェアを初期化します。 </li><li>彼らは正常範囲内にあるかどうかを確認するために信号のライブキャプチャを確認し、ゼロのアイコンをクリックすることでノイズ信号を無効に。 </li><li>入力トリガレベルとデータレート（2メガヘルツ）。 </li><li>トリガ·レベルが達成された後に記録するためのソフトウェアを初期化します。 </li><li>圧力室に隣接するストライカーバーをロードします。所望の圧力に圧力室を埋めます。 注：典型的な圧力範囲は5〜25 psiです。 </li><li>ゼロボタンを押して、レーザー速度計うちゼロとストライカーのBAを読むためにそれを設定レーザセンサの背後ストライカーバーの反射ストリップを設定することにより、Rの速度。 </li><li>それは事件と反射バーの動きを妨げないように、サンプル閉じ込め室を配置します。送信バーに接触する事故バーを配置します。 </li><li>キャリブレーションのために、ストライカーバーの圧力室のためのトリガスイッチをオンにして（サ​​ンプルなし）テストを実行します。 </li><li>データをコンピュータに取得されると、テスト手順が正しく機能していることを確実にするために（次のセクションで説明されている）SHPBひずみゲージデータを保存して分析します。 </li><li>事件と透過バーの間の円筒状のサンプルを配置し、サンプル閉じ込め室を閉じます。 注記：事前調整がサンプル上で実行されていないことを確認してください。 </li><li>インシデントおよび送信バーとの間に配置された試料とタスク3.4から3.7を実行します。 注：サンプルの中心は、バーの中心線と同じであることを確認します。 proceedi前NG、また試料が圧縮されていないが、以前に抽出されたのと同じジオメトリに残っていることを確認してください。 </li><li>テストが完了すると、入射バー、送信バー、サンプル閉じ込めチャンバから試料片を除去するために、使い捨ての衛生拭き取り用品を使用します。バイオハザード安全バッグ内のすべての破片やワイプを処分。 </li><li> 70％エタノール洗浄液衛生ワイプを使用してバー、サンプル閉じ込めチャンバをサニタイズ。 </li></ol> 4. SHPBデータ後処理<ol><li>ホプキンソンバー波の解析のために「MSU高レートソフトウェア19」を開きます。 </li><li> [設定]ウィンドウを調べ、一軸試験のためのモード]タブで「テンション/圧縮」オプションを選択して、ソフトウェアを開始します。また、ゲージタブの「2ゲージ」を選択し、クリックして &quot;続行&quot;。 </li><li>メインウィンドウでは、ファイルを開く1]タブを選択し、incideの歪みゲージ·レコードからの入射波データに移動しますNTバー。送信されたバーひずみゲージレコードをインポートするためのファイルを開く2]タブを選択します。 </li><li>メインウィンドウでパラメータタブを選択し、入力を含むテスト·セットアップの物理パラメータ：バーの寸法、電圧が要因、歪みゲージ位置、および粘弾性分散定数を痛め。 「続行」をクリックします。 </li><li>そして、メインウィンドウの[データ]タブを選択して、インシデントを含むデータ量のみにデータセットを減らすためにカーソルバーを使用し、反射され、波を送信しました。 「続行」をクリックします。 </li><li>そして、メインウィンドウで選択して波のタブを選択し、インシデント波グラフ、反射波のグラフで反射波と透過波グラフで送信波で入射波を閉じ込めるためにカーソルバーを使用しています。 「続行」をクリックします。 </li><li>その後、ソフトウェアは、粘弾性分散20-21を補正できるようにするために、メインウィンドウの[修正]タブを選択します。 </li><li>いいえwはメインウィンドウのシフト]タブを選択します。ウェーブグラフでは、波の選択]タブで個別に各1を選択することで、時間内に同一の初期位置に反射波を、インシデントをドラッグするために、カーソルを使用して、送信されます。データグラフ内の波のすべてを表示します。完了したら、「続行」をクリックします。 </li><li>結果ファイルには、クリックすることで荷重、変位、位置、速度、プロファイルを保存 &quot;名前を付けて保存します。」 </li><li>ホプキンソン棒試験前に測定した試料の寸法を使用して、真応力と真ひずみを計算するためのMicrosoft Excel（または他の表計算ソフト）で、従来の方法を使用します。 </li></ol> 5. SHPB有限要素モデリング<ol><li>商業有限要素（FE）ソフトウェアを使用して、SHPBセットアップのFEモデルを作成します。 注：同一の形状および材料特性を使用してください。 </li><li> FEシミュレーションを初期化するために、ストライカーバーのFEモデルに初期速度を割り当てます。 注：速度ストライカーバーの特定の株率9用のSHPB実験でそれに対応する必要があります。 </li><li>インシデントおよび送信バーの間に配置された試料なしSHPBセットアップのFEモデルを作成します。 FEシミュレーションを実行します。 注：シミュレートされたストライカーバー速度が「ノーサンプル」の条件で実験的なストライカーバー速度に対応する必要があります。高分子バーの表1に示した材料特性を割り当てます。 </li><li>実験とFEシミュレーションにおける歪みゲージの測定値（時間に対する汚れ）がよく一致しているかどうかを確認します。 </li><li> SHPBセットアップのFEモデルに生体材料のサンプルが組み込まれています。生体材料試料11にISVの材料モデルの（vumatファイル形式22で）3次元実装を割り当てます。 </li><li>三つの異なるメッシュサイズを使用して、メッシュ改良研究を行い、その後、ソリューションが収束かどうかを判断するために、結果を分析します。 注：メッシュサイズは、六面体の総数および/またはFEモデルを含む四面体要素に対応します。さらにシミュレーション9の後に収束する最低メッシュサイズのFEモデルを選択します。 </li><li>二段階FEモデルのキャリブレーションを行っています。第1のステップでは、ISVの材料モデルの実装一次元に実験データをアップロードします。 </li><li> ISVの材料モデルのパラメータ（ 表1参照 ）を調整することにより、モデルの真応力-ひずみ曲線を用いた実験の真応力-染色曲線を調整します。 注：材料モデルは、一次元であるが、実験SHPBデータは本質的に三次元であるため、さらなる反復が必要です。 </li><li> SHPBセットアップのFEモデルにおける生体材料の試料にISVの材料定数を割り当てます。 </li><li>ストライカーバー速度と試料変形歪速度が同じひずみ速度でSHPB試験に対応したFEシミュレーションを実行します。 </li><li>コンパ良い契約（対時間株）のための実験とFEシミュレーションから歪みゲージ測定の再。 注：FEシミュレーションと実験の歪みゲージの値の間の良好な一致がある場合、モデルのキャリブレーションプロセスの2番目のステップに進みます。ない場合は、タスク5.7から5.11を繰り返します。 </li><li> FEモデルのキャリブレーションの第二段階では、FEシミュレーションひずみゲージデータSHPB実験後処理ソフトウェアを実行し、MSU高レートソフトウェア19-21。 注：模擬真応力 - 歪み応答は、実験の真応力 - ひずみ応答と比較した場合、二段FEモデルのキャリブレーションが完了しました。ない場合は、タスク5.7から5.12を繰り返します。 </li><li> FEモデルのサンプルの中心要素に沿って装着方向（Σ33）ストレスの体積平均を実行します。 注：このストレスは一次元ISV材料モデル結果の応力 - ひずみ曲線とよく一致している場合、その結果は、タスク5.7により得られました-5.12は完全に較正されています。ない場合は、タスク5.7から5.13を繰り返します。 ISVの材料モデルの一次元実装によって取り込ま真応力 - 歪み応答はSHPB設定で試験された生体材料の一軸真応力 - ひずみ応答を表します。 </li></ol>

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著者は、ここに本出版物に関連するすべての材料と利益の競合がないことを宣言します。

カップルSHPB実験とSHPBのFEモデリングは、新規でユニークな技術を提供しています報告の方法論は、高ひずみ速度での生体材料の一軸真応力 - ひずみ応答を評価しました。天然の組織に固有の機械的特性を調達するためには、注意がSHPB試験の前に、5.56から7.22℃の間の生体材料の試料を保持するために注意する必要があります。試料は5.56°C以下に冷却されている場合は、組織中に存在する水?...

モチベーション 結合されたスプリットの基本的目標-ホプキンソン圧力棒（SHPB）実験/（ など 、脳、肝臓、腱、脂肪、など）ソフト生体材料の有限要素モデリングは、人体FEのさらなる実施のための彼らの一軸の機械的挙動を抽出することでした有害機械的負荷の下でのシミュレーション。人体有限要素（FE）モデルは、詳細な人体メッシュと様々な人間の臓器の履歴に依存するマルチスケール粘弾性·粘塑性内部状態変数（ISV）材料モデルで構成されています。この人体モデルは、革新的な保護具を設計するために、乗員中心の車両設計を可能にするために、損傷の保護のためのより良い基準を構築するためのフレームワークのために使用することができます。 爆発爆風と鈍い衝撃：高レート損傷の二つのモードは、広く人間の外傷で観察されています。爆発兵器の爆破ダメージはtraumatiの主な供給源でありますC損傷（TI）と戦場1の死亡の主な原因。爆発すると、これらの爆発は大きく、突然の加速および変形を生成外側に伝播する衝撃波を形成します。結果として得られる負荷は露出したものに深刻な脅威をもたらします。解剖学のいずれかの部分が衝撃波によって負傷することができるが、懸念のプライム領域は、（1）その地面近くに近接し、（2）ヘッドによる下肢傷害は正常な脳の機能と生存2を阻害することができるしているので、 、3。これらの傷害は、負傷の種類に応じて、第一、第二、または第三傷害として分類することができます。爆発の強さは、その重量やサイズ、スタンドオフ距離、正のパルス持続時間、及びそれが通過する媒体によって特徴付けられるので、十分にこれらの傷害3-6を分類することは困難です。議会レポートは、軍人が爆発に起因するほぼ179,000外傷を受けていることを示しています武器や車両のクラッシュイラクとアフガニスタンで2000年から2010年3月〜2。性質上、近代的な戦闘の位置、頭部外傷は、軍と民間人3の両方のための主要な関心事です。 別に戦闘シナリオから、TIは、自動車用、外傷などの様々な原因があります。ロデオ、オートバイと国内の事故。とスポーツ傷害。例えば、安全装置およびプロトコルの改善にもかかわらず、機械的に誘導された外傷性脳損傷（TBI）が米国疾病管理予防ザ·センター（CDC）の死亡率と生涯罹患率の主要な供給源であり続けて約140万TBIイベントごとに報告します年、そのうちのほぼ50,000は致命的です。アメリカンフットボールは単独で30万人以上のTBIs毎年7を占めています。このような損傷の生存者は感覚、認知、および通信に関する長期的な神経学的合併症の危険にさらされています。この時約ありますこれらの慢性の欠点や障害とともに生きて530万人のアメリカ人。 2000年から2010年の直接的および間接的な米国の医療費は600億ドル8円となりました。しかし、これらの数字は、非医療費および損失、またはTBI患者をサポートする家族や友人が被ったものを考慮していません。純粋に経済分析を超えて、TBI誘発性障害は、家族や社会に大きな負担として現れることができ、生活の質の大幅な削減を作成します。 TIの形成、特性評価、および予防のさらなる理解の必要性が明らかです。 TIは露出を減らすか、TIのための潜在的なリスクのある人のための安全機能を改善するために洞察力と機会を与える原因となる基礎となるメカニズムのバイオメカニクス的研究。また、TIの形成の一般的な理解のより進歩は結果を改善するのより良い手段でTIを扱う医療専門家を提供し、診断方法や基準を改善することができますSと保存の生活。 傷害メカニズムのより良い知識と傷害開発のバイオメカニクスのより良い理解は、人間の体のための効果的な保護措置を開発するために必要とされています。歴史的に、傷害の予測を目的としたシミュレーションは、計算の制限だけでなく、採用解剖学、材料モデルの忠実度によって妨げられてきました。フルボディシミュレーションは、体の各部分に全体的な負荷に焦点を当てているが、 など各臓器、筋肉、骨の中の局所的な応力、ひずみ、および損傷が、観察されていません。例えば、肩モーメントモデルは、特定のシナリオが危険であるかどうかを指定する表形式の値を検索するためのアーム、ロード、および適用される角度の寸法を使用します。そのような性質の計算は、迅速な見積もりの​​ために有用であるが、損傷や傷害が本質的にローカルである場合は特に、肩に手からローカルにすべての方法を何が起こっているかをキャプチャすることはできません。第二に、FEのimulationsローカル応答を捕捉するために使用されています。これらの努力には限界がFEAそのものではなく、爆風損傷負荷の下で、各ボディ部の動作を定義する材料モデルではなかったです。以前に使用される材料モデルは、単純な材料から適応され、生体組織が示す複雑な機械的挙動の無数を捕獲するために努力していません。そのため、人間の体内で臓器ISV材料モデルと高忠実度の計算モデルは、TIのの物理学とバイオメカニクスを調査するための革新的な保護具を設計すること、および傷害指標のためのより良い基準を確立するために、最も現実的な方法を表しています。 スプリットホプキンソン圧力棒（SHPB）と内部状態変数（ISV）素材モデルの背景 による人間の臓器の in vivo試験と幅広い規模のヒト死体のテストに関連する物流の問題、CURRに関わる倫理的な問題に耳鼻咽喉科研究努力は、動物の代用物から抽出された臓器から調製した試験片を用いて、in vitroでの機械的な実験を伴う（ 例えば 、最も頻繁に使用される代理として豚）。高分子SHPBは、 インビトロで高歪速度で柔らかい生体材料をテストするための好ましい方法でした。組織の微細構造の特徴からSHPB試験と対応する組織の損傷に関連した情報から関連する変形の挙動は、臓器機械の説明9-10については、当社のISVの材料モデルに組み込まれています。これらの材料のモデルは、その後、様々な傷害のFEAを実施するために、当社の仮想人体モデルに実装されています。このプロセスは、正確に、さらに物理的な実験を必要とせずに、多様な機械的荷重条件（ 例えば爆発によって誘発される、自動車事故と鈍い衝撃）の下で指定された臓器のための損傷の物理学と性質を予測するという目標に向かって移動することを可能にします。正確にTを説明するために彼は、人体のFEシミュレーションで使用される生体材料の、SHPB実験は、ヒトのTIに関連する歪み速度での動的機械的応答を得るために、生体材料上で実施した、機械的性質、特に高いレベルの歪み速度依存性の現象。高度な車両用システムセンター（CAVS）、ミシシッピ州立大学（MSU）でSHPBセットアップの概要を図1に示されています。 以前の研究は、SHPB試験は12〜18、それに関連する3つの主要な欠点を有することが示されています。最初の、そして最も重要なものは、最初のスパイクなどの生体材料試験片の高歪み速度機械的応答に表示材料慣性効果、です。この問題を克服するために、以前の研究努力は、直方体形状にする形状または環状の円筒からの試料の形状を変更することを示唆しました。このような研究から得られた機械的な行動があちこちに異なっていました試験片の形状は、電波伝搬波相互作用、および機械的な応答に影響を与えたので、互いにメートル。試料の幾何学的形状の変形のこのタイプは、生体材料の機械的応答（多軸及び不均一な応力状態）の誤った表現につながっています。第二の主要な欠陥は、テスト中に動的な力の平衡を維持することができないことでした。研究者は、試料の厚さ対直径の比を減少させるおよび/または試験前に組織を凍結することにより、この問題を克服しました。低減しながら、試料の厚さ対直径比は、それが原因で、組織中に存在する水の結晶化材料の特性を変更し、組織をさらに試験手順を複雑に凍結、動的力平衡の問題に対処しました。多くの研究は、完全に上記のを避けるためにSHPB欠陥を言及し、種々の動物モデル（ラット、ブタ、 等 ）における圧力-時間応答を得るために、衝撃管を使用を断念しました。しかし、これらのimalモデルはFEシミュレーションで使用される材料モデルのために必要な1次元一軸応力 - ひずみ挙動を与えることはありません。第三の問題は、材料の柔らかさと試料中の水分の量をためバレル片の一次元応力 - ひずみ結果を与えるためにSHPBの失敗でした。 したがって、SHPB高歪み速度データを集めるために実行可能な試験装置を提供します。柔らかい材料では、しかしながら、SHPBが静水圧から主に三次元応力状態を作り出す膨らみを誘導し、まだ一次元応力 - ひずみデータが望まれています。我々は1つがまだ材料モデル較正のための1つの次元一軸真応力 - ひずみ曲線を集めるためにSHPBを使用する方法をここに示します。しかし、真の一軸応力 - ひずみ曲線を得ることに関連するプロセスは複雑です。このプロセスは、多軸の実験データとFEシミュレーション結果の両方を含み、それは、反復的な再較正を必要とします材料モデル定数。また、質点シミュレータとして知られているMATLABでISVの材料モデルの一次元実装では、キャリブレーションのための一次元の実験データを必要とします。そのため、ISVの材料モデルは、系統的校正プロセスを使用して最適化しました。ここで、SHPB試験からの実験データは、波理論製剤および動的力平衡（MSU高レートソフトウェア）との関連で考慮されました。趙らによって報告されているように、高分子SHPB、粘弾性分散方程式の粘弾性分散を考慮するために。（2007）、MSU高レートソフトウェアで実装されました。粘弾性分散方程式は、テストしながら、ダイナミックな力平衡を確保する上で役立ちました。二つのプロセスの両方からのデータがよく一致した、すなわち、適切に互換性があると考えられたまで一次元材料点シミュレータは、その後、いくつ実験-FEモデリング方法論との関連で調整しました。これらのデータはありましたMATLAB物質応答シミュレータの（一次元の）機械的応答とSHPB FEモデルの（1次元）の中心線ストレス標本を比較することにより、ISVモデルの材料定数を調整するために使用されます。ここで、FEモデルの検体応力成分は、波荷重方向に沿いました。そして、FEモデル検体の三次元の動作が反復FEシミュレーションを行い、実験的な真応力 - ひずみ応答とよく相関し、その体積平均荷重方向応力ようISV定数を調整することによって較正しました。従って、実験データ、FE結果、一次元ISVの材料モデルとの間の反復最適化のプロセスを行った。 表1は、ISVの材料モデル（MSU TP版1.1）11の変数の要約を与えます。 この方法の最も重要な要素は、生体材料の一次元の機械的応答とその材料のパラメータを取得していますストレス状態の不均一性のSHPB試験問題を回避ISV材料モデルのため。また、慣性効果に起因する生体材料の最初の非線形応答を分離し、材料に固有の機械的応答をレンダリングします。結合された方法論はまた、試料の幾何学的形状の変化が完全に境界値問題（BVP）と試料の負荷方向の真応力 - ひずみが変化することを示しました。このように、上記方法は、キャリブレーションした後、有害な機械的負荷の下で人間の臓器の高歪み速度の動作をシミュレートする（現象または微細構造ベースの）任意の材料モデルと一緒に使用することができます。

<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

本研究では、高歪み速度にさらさソフト生体材料（ 例えば 、脳、肝臓、腱、脂肪など ）の機械的挙動を調べるための組み合わせ実験と有限要素（FE）シミュレーションアプローチを提供しています。本研究では、100-1,500秒の歪速度を生成するために、スプリットホプキンソン圧力棒（SHPB）を利用-1。 SHPBは、粘弾性材料（ポリカーボネート）から成るストライカーバーを採用しました。生体材料のサンプルは、死後間もなく得て、SHPB試験のために準備しました。試料は、入射して伝送棒の間に介在し、SHPBの空気圧機器は、入射棒に向けてストライカーバーを駆動するために活性化しました。結果として生じる影響は、入射バーを進行圧縮応力波（ 即ち、入射波）を発生します。圧縮応力波が入射バーの端に達したときに、一部は試料と透過バーを前方に続け（I.E。透過波）他の部分は引張波として入射バーを介して反転しながら（ つまり ） は反射波。これらの波は、入射及び透過棒に取り付けられた歪みゲージを用いて測定しました。サンプルの真応力 - ひずみ挙動は波の伝播および動的力平衡に基づく式から決定されました。試料が膨らんだため、実験的な応力 - ひずみ応答は、本質的に三次元でした。このように、静水圧応力（最初の不変量）は、応力 - 歪み応答を生成するために使用されました。組織の一軸（一次元の）機械的応答を抽出するために、反復結合最適化は、実験結果と組織のために使用される内部状態変数（ISV）材料モデルが含まれて有限要素解析（FEA）を用いて行きました。実験のFEシミュレーションで使用されるISVの材料モデルは、反復実験データなどTHAに（ すなわち最適化された）較正しました実験およびFEAひずみゲージ値と応力の最初の不変トン良く一致しました。

<html>結合方法の有効性は、図3に例示されている。ここでは、脳のためのSHPB実験的応力-歪み応答は、一次元材料の応力状態と比較して（0.32 MPaでのピーク応力を有する）低い応力状態にありますFEサンプル中心線（要素）の平均に似ている（0.74メガパスカルのピーク値に）点シミュレータ、。これは変形ソフト生体材料の展示の性質によるも​​のです。歪み率が高く、生体材料...

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

現在の研究では、ソフトバイオマテリアル（脳、肝臓、腱、脂肪等 ）の一軸動的機械的応答を得るために、結合実験、有限要素シミュレーション方法を規定します。なぜなら、試料の生じた多軸の実験結果は、生体材料の有限要素解析の反復最適化を介して刺激されたとき一軸真応力 - ひずみ挙動にレンダリングされたスプリット·ホプキンソン圧力棒の試験から得られ膨らみました。

ソフトバイオマテリアルの高ひずみ速度機械的応答を評価するための結合実験、有限要素モデリング手法

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 ビュー.  Mississippi State University. 現在の研究では、ソフトバイオマテリアル（脳、肝臓、腱、脂肪等 ）の一軸動的機械的応答を得るために、結合実験、有限要素シミュレーション方法を規定します。なぜなら、試料の生じた多軸の実験結果は、生体材料の有限要素解析の反復最適化を介して刺激されたとき一軸真応力 - ひずみ挙動にレンダリングされたスプリット·ホプキンソン?...

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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.

機械的にダイナミックな細胞培養のための微細加工プラットフォーム

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

生物工学

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.

バイオマテリアルのハイスループット検出用高分子マイクロアレイ

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.

骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法

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.

測定するための小型のデュアルエレメントひずみゲージの作製と移植<em&gt;インビボ</em&gt;げっ歯類における消化管収縮。

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.

実験および有限要素議定書は、関節軟骨全体で中性および荷電溶質の輸送を調査します

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.

病の診断のためのポータブルイメージングおよび分析と相まって磁気浮上

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.

マルチビューステレオとIsogeometric運動学を用いた皮膚展開のブタモデルにおけるひずみの定量化

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.

バイオミメティック化学ニューロモデュレーション神経伝達物質グルタミン酸の in Vitroラット網膜のための方法論

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.

広視野蛍光顕微鏡を用いたメカノバイオロジー研究の柔らかいシリコーン基板の剛性測定

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.

房室弁の二軸の機械特性

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