Предварительное циклическое нагружение образцов при проведении биомеханических испытаний

И.В. Хайдукова; Н.В. Беликов; А.С. Борде; Г.В. Саврасов

doi:10.18127/j15604136-201903-07

Предварительное циклическое нагружение образцов при проведении биомеханических испытаний

И.В. Хайдукова¹, Н.В. Беликов², А.С. Борде³, Г.В. Саврасов⁴

научная статья УДК 620.178.3 Страницы: 53-60 doi.org/10.18127/j15604136-201903-07

^1,3 аспирант, кафедра «Биомедицинские технические системы», Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
² ассистент, кафедра «Биомедицинские технические системы», Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
⁴ д.т.н., профессор, кафедра «Биомедицинские технические системы», Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Ключевые слова: Биомеханические испытания циклическая нагрузка кровеносный сосуд

Аннотация

Для получения воспроизводимых результатов биомеханических испытаний, максимально приближенных к характеристикам ткани in vivo, необходимо проводить предварительную циклическую обработку образцов. Целью настоящей работы является анализ существующих методик циклической предобработки при регистрации биомеханических характеристик кровеносных сосудов. В ходе литературного обзора были проанализированы такие параметры, как контролируемая характеристика, количество циклов предобработки, форма образцов и условия проведения испытаний. Подтверждена необходимость разработки единой методики, включающей в себя изучение момента возникновения микроскопических разрывов, количественный критерий для определения необходимого количества циклов и которая предоставляла бы значения биомеханических характеристик на всем диапазоне напряжений вплоть до разрыва.

Для цитирования

Хайдукова И.В., Беликов Н.В., Борде А.С., Саврасов Г.В. Предварительное циклическое нагружение образцов при проведении биомеханических испытаний // Биомедицинская радиоэлектроника. 2019. № 3. С. 53–60. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-201903-07

Список источников

Fratzl P. Collagen. Structure and mechanics, an introduction // Collagen. Springer, Boston, MA. 2008. P. 1–13.
Holzapfel G.A., Gasser T.C., Ogden R.W. A new constitutive framework for arterial wall mechanics and a comparative study of material models // Journal of elasticity and the physical science of solids. 2000. V. 61. № 1–3. P. 1–48.
Peña E. On the Microstructural Modeling of Vascular Tissues // Computational and Experimental Biomedical Sciences: Methods and Applications. Springer, Cham. 2015. P. 19–47.
Raghavan M.L., Webster M.W., Vorp D.A. Ex vivo biomechanical behavior of abdominal aortic aneurysm: assessment using a new mathematical model // Annals of biomedical engineering. 1996. V. 24. № 5. P. 573–582.
Pasquesi S.A., Liu Y., Margulies S.S. Repeated loading behavior of pediatric porcine common carotid arteries // Journal of biomechanical engineering. 2016. V. 138. № 12. P. 124502.
Holzapfel G.A., Sommer G., Gasser C.T. et al. Determination of layer-specific mechanical properties of human coronary arteries with nonatherosclerotic intimal thickening and related constitutive modeling // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2005. V. 289. №. 5. P. H2048–H2058.
Саврасов Г.В., Беликов Н.В., Хайдукова И.В. Исследование механических свойств протезов кровеносных сосудов при изменении параметров окружающей среды // Медицинская техника. 2017. № 2. С. 9–12.
Fung Y. Biomechanics: mechanical properties of living tissues. Springer Science & Business Media, 2013.
Schulze-Bauer C.A.J., Regitnig P., Holzapfel G.A. Mechanics of the human femoral adventitia including the high-pressure response // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2002. V. 282. № 6. P. H2427–H2440.
Holzapfel G.A., Fereidoonnezhad B. Modeling of damage in soft biological tissues // Biomechanics of Living Organs. 2017. P. 101–123.
Donovan D.L., Schmidt, S.P., Townshend S.P. et al. Material and structural characterization of human saphenous vein // Journal of vascular surgery. 1990. V. 12. № 5. P. 531–537.
Sokolis D.P. Passive mechanical properties and constitutive modeling of blood vessels in relation to microstructure // Medical & biological engineering & computing. 2008. V. 46. № 12. P. 1187–1199.
Alastrué V., Peña, E., Martínez, M.A. et al. Experimental study and constitutive modelling of the passive mechanical properties of the ovine infrarenal vena cava tissue // Journal of biomechanics. 2008. V. 41. № 14. P. 3038–3045.
Karimi A., Navidbakhsh M., Alizadeh M. et al. A comparative study on the mechanical properties of the umbilical vein and umbilical artery under uniaxial loading // Artery Research. 2014. V. 8. № 2. P. 51–56.
Sommer G., Regitnig P., Kö ltringer L. et al. Biaxial mechanical properties of intact and layer-dissected human carotid arteries at physiological and supraphysiological loadings // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2009. V. 298. № 3. P. H898–H912.
Kang T., Resar J., Humphrey J.D. Heat-induced changes in the mechanical behavior of passive coronary arteries // Journal of biomechanical engineering. 1995. V. 117. № 1. P. 86–93.
Desch G.W., Weizsäcker H.W. A model for passive elastic properties of rat vena cava // Journal of biomechanics. 2007. V. 40. № 14. P. 3130–3145.
Rezakhaniha R., Stergiopulos N. A structural model of the venous wall considering elastin anisotropy // Journal of biomechanical engineering. 2008. V. 130. № 3. P. 031017.
Veselý J., Horný L., Chlup H. et al. Constitutive modeling of human saphenous veins at overloading pressures // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. 2015. V. 45. P. 101–108.
Zhao J., Andreasen J.J., Yang J. et al. Manual pressure distension of the human saphenous vein changes its biomechanical properties – implication for coronary artery bypass grafting //Journal of biomechanics. 2007. V. 40. № 10. P. 2268–2276.
Sokolis D.P. Passive mechanical properties and constitutive modeling of blood vessels in relation to microstructure // Medical & biological engineering & computing. 2008. V. 46. № 12. P. 1187–1199.
Zhou J., Fung Y.C. The degree of nonlinearity and anisotropy of blood vessel elasticity //Proceedings of the National Academy of Sciences. 1997. V. 94. № 26. P. 14255–14260.
Беликов Н.В., Борде А.С., Волченкова А.М. Определение биомеханических характеристик кровеносных сосудов при одноосном растяжении // Молодежный научно-технический вестник. 2016. № 2 (http://sntbul.bmstu.ru/doc/835845.html)

[1] Fratzl P. Collagen. Structure and mechanics, an introduction // Collagen. Springer, Boston, MA. 2008. P. 1–13.

[2] Holzapfel G.A., Gasser T.C., Ogden R.W. A new constitutive framework for arterial wall mechanics and a comparative study of material models // Journal of elasticity and the physical science of solids. 2000. V. 61. № 1–3. P. 1–48.

[3] Peña E. On the Microstructural Modeling of Vascular Tissues // Computational and Experimental Biomedical Sciences: Methods and Applications. Springer, Cham. 2015. P. 19–47.

[4] Raghavan M.L., Webster M.W., Vorp D.A. Ex vivo biomechanical behavior of abdominal aortic aneurysm: assessment using a new mathematical model // Annals of biomedical engineering. 1996. V. 24. № 5. P. 573–582.

[5] Pasquesi S.A., Liu Y., Margulies S.S. Repeated loading behavior of pediatric porcine common carotid arteries // Journal of biomechanical engineering. 2016. V. 138. № 12. P. 124502.

[6] Holzapfel G.A., Sommer G., Gasser C.T. et al. Determination of layer-specific mechanical properties of human coronary arteries with nonatherosclerotic intimal thickening and related constitutive modeling // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2005. V. 289. №. 5. P. H2048–H2058.

[7] Саврасов Г.В., Беликов Н.В., Хайдукова И.В. Исследование механических свойств протезов кровеносных сосудов при изменении параметров окружающей среды // Медицинская техника. 2017. № 2. С. 9–12.

[8] Fung Y. Biomechanics: mechanical properties of living tissues. Springer Science & Business Media, 2013.

[9] Schulze-Bauer C.A.J., Regitnig P., Holzapfel G.A. Mechanics of the human femoral adventitia including the high-pressure response // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2002. V. 282. № 6. P. H2427–H2440.

[10] Holzapfel G.A., Fereidoonnezhad B. Modeling of damage in soft biological tissues // Biomechanics of Living Organs. 2017. P. 101–123.

[11] Donovan D.L., Schmidt, S.P., Townshend S.P. et al. Material and structural characterization of human saphenous vein // Journal of vascular surgery. 1990. V. 12. № 5. P. 531–537.

[12] Sokolis D.P. Passive mechanical properties and constitutive modeling of blood vessels in relation to microstructure // Medical & biological engineering & computing. 2008. V. 46. № 12. P. 1187–1199.

[13] Alastrué V., Peña, E., Martínez, M.A. et al. Experimental study and constitutive modelling of the passive mechanical properties of the ovine infrarenal vena cava tissue // Journal of biomechanics. 2008. V. 41. № 14. P. 3038–3045.

[14] Karimi A., Navidbakhsh M., Alizadeh M. et al. A comparative study on the mechanical properties of the umbilical vein and umbilical artery under uniaxial loading // Artery Research. 2014. V. 8. № 2. P. 51–56.

[15] Sommer G., Regitnig P., Kö ltringer L. et al. Biaxial mechanical properties of intact and layer-dissected human carotid arteries at physiological and supraphysiological loadings // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2009. V. 298. № 3. P. H898–H912.

[16] Kang T., Resar J., Humphrey J.D. Heat-induced changes in the mechanical behavior of passive coronary arteries // Journal of biomechanical engineering. 1995. V. 117. № 1. P. 86–93.

[17] Desch G.W., Weizsäcker H.W. A model for passive elastic properties of rat vena cava // Journal of biomechanics. 2007. V. 40. № 14. P. 3130–3145.

[18] Rezakhaniha R., Stergiopulos N. A structural model of the venous wall considering elastin anisotropy // Journal of biomechanical engineering. 2008. V. 130. № 3. P. 031017.

[19] Veselý J., Horný L., Chlup H. et al. Constitutive modeling of human saphenous veins at overloading pressures // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. 2015. V. 45. P. 101–108.

[20] Zhao J., Andreasen J.J., Yang J. et al. Manual pressure distension of the human saphenous vein changes its biomechanical properties – implication for coronary artery bypass grafting //Journal of biomechanics. 2007. V. 40. № 10. P. 2268–2276.

[21] Sokolis D.P. Passive mechanical properties and constitutive modeling of blood vessels in relation to microstructure // Medical & biological engineering & computing. 2008. V. 46. № 12. P. 1187–1199.

[22] Zhou J., Fung Y.C. The degree of nonlinearity and anisotropy of blood vessel elasticity //Proceedings of the National Academy of Sciences. 1997. V. 94. № 26. P. 14255–14260.

[23] Беликов Н.В., Борде А.С., Волченкова А.М. Определение биомеханических характеристик кровеносных сосудов при одноосном растяжении // Молодежный научно-технический вестник. 2016. № 2 (http://sntbul.bmstu.ru/doc/835845.html)

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи