Использование цифровой корреляции изображения для характеристики локальных деформаций на сосудистую ткань образцов

Общей целью данного протокола является характеристика локального поля поверхностной деформации на образцах сосудистой ткани. Это достигается с помощью метода корреляции цифровых изображений с одноосевыми испытаниями на растяжение. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области механики мягких тканей и, в частности, предоставить информацию для идентификации и опровержения все более сложных вычислительных и математических моделей сосудистой ткани.

Основное преимущество данной методики заключается в том, что она позволяет с высокой точностью количественно оценить неоднородность поля деформации на поверхности образца, которая является функцией присущих материалу свойств, символьной геометрии и используемого метода тестирования. Как только ткань поступит в лабораторию, изолируйте брюшную аорту от окружающих тканей с помощью хирургических ножниц и щипцов. Затем трижды промойте сосуд с помощью шприца, наполненного PBS.

После промываний с помощью ножниц и щипцов удалите как можно больше периваскулярной ткани, не нарушая целостность образца. Затем на среднюю часть сосуда поместите острое лезвие бритвы перпендикулярно продольной оси сосуда и разрежьте сосуд три раза, чтобы получить два образца кольца. Затем установите лезвие на одно из колец, чтобы сделать радиальный срез.

Плотно разрежьте кольцо, чтобы получить образец в форме полосы для одноосных механических испытаний. Проделайте это с обоими кольцами. Временно храните два образца в стеклянной чашке Петри диаметром 100 мм, погруженной в PBS.

Для нанесения крапчатости на поверхность образца имейте наготове аэрограф для распыления на ткань маркировочного красителя. Подсоедините пневматический щетку к клапану давления, установленному на 100 фунтов на квадратный дюйм. Далее добавьте краситель для маркировки ткани.

Диаметр сопла должен быть откалиброван для диаметров спеклов от 60 до 100 микрон. Затем распылите тканевый маркирующий краситель на интимную поверхность образца в течение примерно пяти секунд. Проделайте это три раза, чтобы убедиться, что узор пятнистости равномерно покрывает поверхность образца.

Для начала установите образец на испытательный аппарат. Сначала прикрепите каждый конец образца к пластиковой полоске с помощью тканевого клея. Поместите пластик как на верхнюю, так и на нижнюю часть образца с помощью клея, сделав бутерброд.

Положите образец на доску для резки тканей, а затем измерьте его размеры с помощью цифрового штангенциркуля. Затем запустите систему управления для испытательного оборудования. На главном экране системы управления выберите осциллограмму на панели задач, расположенной на вкладке настройки.

Затем отрегулируйте положение верхней рукоятки механического тестера на отрицательные четыре мм, чтобы обеспечить выдвижение на 4 мм относительно назначенного начального положения в системе. Теперь аккуратно закрепите одну пластиковую полоску в верхней рукоятке механического тестера и дайте образцу свободно висеть. Далее отрегулируйте положение нижней рукоятки так, чтобы свободный конец образца можно было закрепить без выдвижения.

Затем аккуратно закрепите пластиковую полоску, прикрепленную к свободному концу, в нижней рукоятке тестера. Установив образец, обнулите системный тензодатчик. Затем измерьте длину выборки и используйте ее в качестве эталонной длины при вычислении глобальных окружных деформаций.

Теперь в программном управлении введите протокол механических испытаний. Здесь применены четыре цикла одноосного перемещения. Каждый цикл увеличивает длину образца на 18 процентов при скорости смещения 0,01 мм в секунду.

Чтобы задокументировать тест, делайте фото каждые несколько секунд. Расположите камеру на расстоянии 1,5 м от загрузочной рамы, перпендикулярно образцу, и сфокусируйте ее на образце. В программном обеспечении для захвата изображений в опции выберите систему, выберите PGR2, затем задайте путь к проекту для сохранения изображений для анализа.

Нажмите на значок временного квадрата и укажите интервал сбора данных в 5 секунд. Теперь импортируйте полученное изображение. Увеличьте масштаб отдельного пятна, а затем подсчитайте количество пикселей в этом отдельном пятнышке.

После проверки качества рисунка спеклов одновременно нажмите значок «Выполнить» в системе и значок «Пуск» в программном обеспечении для захвата изображения, чтобы начать тест. На протяжении всего протокола периодически распыляйте PBS на образец, чтобы он не высыхал. Однако делайте это всякий раз, когда он находится в незагруженном состоянии, а не во время сбора данных.

Открыв программное обеспечение для анализа изображений, перейдите на вкладку «Спекл-изображения» и выберите все изображения, которые необходимо проанализировать. Затем нажмите на инструмент прямоугольника и выберите интересующую область на первом изображении. Затем введите размер поднабора 31 на 31 пиксель и размер шага в пять пикселей.

Теперь нажмите на вкладку "Начать анализ" в программном обеспечении и установите интерполяцию на оптимизированную ловушку 8. Кроме того, установите критерий равным нулю нормализованных квадратичных разностей, а опцию весов подмножества — как гауциан. Проверьте параметры пороговых значений.

Они должны быть установлены по умолчанию. Затем нажмите на подвкладку постобработки на вкладке запуска анализа. Выберите опцию "Вычисление строки" и оставьте размер и тип фильтра по умолчанию.

Установите тип тензора на Лагранжа. Наконец, выберите вкладку данных, а затем выберите анализируемое изображение, чтобы визуализировать поле поверхностной деформации. 2D DIC в сочетании с одноосными механическими испытаниями был использован для измерения поля поверхностной деформации образца сосудистой ткани в различных деформированных состояниях.

Вязкоупругая природа ткани отличалась степенью гистерезиса на кривых с низким смещением до механического прекондиционирования. Однако при предварительном кондиционировании гистерезис постепенно уменьшался. Как и ожидалось, значения локальной окружной деформации увеличивались с применяемым перемещением образца.

Окружная деформация, как правило, была меньше вблизи центра образца по сравнению с рядом с границей раздела захвата образца. В продольном направлении результирующая неравномерная сжимающая деформация на поверхности образца увеличивалась по мере постепенного удлинения образца. Изменения цвета в пределах контуров для измерения полной деформации поля ясно показывают высокую неоднородную природу аорты при номинальном одноосном растягивающем нагружении.

Затем рассчитывались коэффициенты изменения полей поверхностных деформаций в ортогональных направлениях в каждом экспериментальном состоянии. Было обнаружено, что изменение поверхностной деформации имеет обратную зависимость с расширением образцов. Высокий уровень гетерогенности в реакции материала количественно определен в таблице с помощью коэффициента вариации, или CV.После просмотра этого видео вы должны хорошо понять, как количественно оценить локальную механическую реакцию поверхности с помощью корреляции цифровых изображений в сочетании с одноосевыми испытаниями на растяжение образцов сосудистой ткани.

После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области механики мягких тканей к изучению физиологических, патологических и модулированных механических реакций сосудистой ткани.