动态应变率下脑组织压缩的力学表征
生物物理
2013-02-20 v1 医学物理
组织与器官
摘要
当局部机械载荷超过脑组织的某些耐受水平时，就会发生创伤性脑损伤 (TBI)。此前已对准静态载荷下受压的脑物质进行了广泛研究；然而，可用于模拟动态冲击条件下 TBI 的数据有限。在本研究中，开发了一套实验装置，以在应变率 < 90/s 下进行无侧限压缩测试和应力松弛测试。脑组织表现出随应变率增加而变硬的响应，表明超弹性模型并不充分。具体而言，在 30%、60 和 90/s 的应变率下，30% 应变处的压缩名义应力分别为 8.83 +/- 1.94、12.8 +/- 3.10 和 16.0 +/- 1.41 kPa（均值 +/- 标准差）。还在 10%-50% 应变下进行了松弛测试，平均上升时间为 10 ms，可用于推导时间依赖参数。数值模拟采用单参数 Ogden 模型进行，在 30、60 和 90/s 的应变率下，初始剪切模量 mu_0 分别为 6.06 +/- 1.44、9.44 +/- 2.427 和 12.64 +/- 1.227 kPa（均值 +/- 标准差）。在相同的测试条件下，还进行了一组粘结和润滑测试，通过采用实验 - 计算相结合的方法来估算摩擦系数 mu。在 30 和 90/s 的应变率下，mu 值分别为 0.1 +/- 0.03 和 0.15 +/- 0.07（均值 +/- 标准差），表明即使在完全润滑的测试条件下，无侧限压缩测试也无法实现纯滑动条件。本研究获得的材料参数将有助于开发生物逼真的人脑有限元模型，进而用于预测冲击条件下的脑损伤。
引用
@article{arxiv.1302.4535,
title = {Mechanical Characterization of Brain Tissue in Compression at Dynamic Strain Rates},
author = {Badar Rashid and Michel Destrade and Michael Gilchrist},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.4535},
year = {2013}
}
备注
31 pages