مدل محاسباتی میکرومکانیک شبکه فیبر کلاژن

آنوریسم آئورت شکمی یک بیماری شایع قلبی و عروقی است که میزان مرگ و میر بالایی دارد. پاسخ مکانیکی دیواره شریانی به رفتار سازمانی و ساختاری اجزای ریزساختاری آن متکی است. بنابراین، درک دقیق پاسخ مکانیکی میکروسکوپی لایه های دیواره شریانی در بارهای مختلف تا پارگی، برای بهبود تکنیک های تشخیصی و احتمالاً درمان ها ضروری است. در مطالعه حاضر، یک مدل المان محدود از شبکه کلاژن دیواره رگ برای بررسی وضعیت مکانیکی در سطح فیبر تحت بارگذاری تک محوره تهیه شده است.  پس از تصور رایج که دیواره بیرونی رگ مانع نهایی در بارهای نزدیک به پارگی است. پشته های تصویر از بافت ماجراجویی کاروتید خرگوش در حالت استراحت و تحت تنش تک محوره بدست آمده است. و با استفاده از میکروسکوپ چند فوتونی در این پروژه استفاده شد.

همچنین منحنی های نیروی جابجایی به دست آمده از آزمایش های قبلی منتشر شده است. پارامترهای مورفولوژیکی مانند توزیع جهت گیری فیبر، موج، و کسر حجمی برای یک نمونه از پشته های تصویر کانونی استخراج شد. یک روش نمونه گیری تصادفی معکوس همراه با الگوریتم راه رفتن تصادفی برای بازسازی شبکه کلاژن برای شبیه سازی عددی استفاده شده است. سپس مدل با استفاده از منحنی تنش-کشش تجربی تأیید شد. این مدل ظرفیت قابل توجهی از الیاف کلاژن برای عدم استفاده از فشار و تغییر جهت در بارگیری را نشژه بیشتر نشان می دهد که در حالت کشش زیاد، شبکه کلاژن به شکلی کاملاً غیر وابسته رفتار می کند، که برای هر نمونه اندازه گیری شد. یک مطالعه جامع پارامتر برای درک رابطه بین پارامترهای ساختاری و تأثیر آنها بر رفتار مکانیکی ارائه شده است.

نتایج:

از طریق این پروژه، از مدل برای نتیجه گیری روابط مهم ساختار و عملکرد که پاسخ مکانیکی را کنترل می کند استفاده شد. نتایج ما همچنین نشان می دهد که در بارهای نزدیک به پارگی احتمال وقوع شکست در سطح فیبر تا ۲٪ است. عدم قطعیت در شاخصهای خطر پارگی معمولاً و ماهیت تصادفی وقوع پارگی همراه با دانش محدود در مورد عوامل میکروسکوپی باعث ایجاد چنین تحلیلی می شود. علاوه بر این ، این پروژه مطالعه مکانیسم های میکروسکوپی اتصال به پارگی شریان به عنوان یک امر کلی را پیش می برد.