Name: using digital image correlation to characterize local strains on vascular tissue specimens
Uploaded: 2016-01-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens at JoVE.com

Yazılım ve teknik destek İlişkili Çözümleri Incorporated (www.correlatedsolutions.com) nezaket vardı.

NOT: Aşağıda açıklanan prosedürleri Columbia University of South Carolina, Güney Carolina Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu tarafından onaylanan protokol kapsamında gerçekleştirilmiştir. 1. Doku Toplama ve diseksiyonu <ol><li> Doku diseksiyonu önce tüm cerrahi aletler sterilize edin. Otoklav cerrahi makas ve ince forseps standart olarak 15 dakika boyunca 15 psi&#39;lik basınç ve 121 ° C sıcaklık altında cerrahi bıçaklar. </li><li> Taze domuz (7 aylık Landrace erkeklerde, 60-70 kg) yerel bir mezbahadan sağlam aort ile böbreklerin bir set edinin. Lütfen buzlu% 1, fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) çözeltisi içinde laboratuara nakliye dokusudur. </li><li> Hemen girişte, cerrahi makas ve forseps kullanarak dokuyu çevreleyen abdominal aorta izole. </li><li> PBS (pH 7.2) ile doldurulmuş bir 50 ml şırınga kullanarak, kabı üç kez yıkayın. Makas ve forseps kullanarak, poss kadar perivasküler doku çıkarmakNumunenin bütünlüğünden ödün vermeden ible. </li><li> Dikey geminin orta bölümü üzerine keskin bir jilet bıçağı yerleştirin ve damar uzunlamasına eksenine dik olduğundan emin olun. Jilet ile ardışık üç çevresel kesim uygulanarak, yaklaşık 20 mm&#39;lik bir genişliğe sahip iki halka örnekleri, her oluşturun. </li><li> Dikey kanatlı radyal yönde yönlendirilmiştir öyle ki bir halka numunesi üzerine keskin tıraş bıçağını. Tek eksenli mekanik testler için, bir şerit şekilli örnek sonuçlanan radyal bir kesittir, elde etmek için bir dar kuvvet uygulanır. 100 mm cam Petri kabındaki örnek yerleştirin ve yüzey speckling uygulama kadar PBS içinde daldırın. İkinci halka numune için tekrarlayın. </li></ol> Yüzey Benek Desen 2. Yaratılış <ol><li> Basınç valfi için hava püskürteci bağlayın. </li><li> Meme çapı için meme 60-100 mikron benekler elde etmek için airbrush çapını (uygun aralık ayarlama gerekir) ön çalışmalar belirlenebilir. </li><li> Airbrush ağırlık besleyiciye siyah doku işaretleme boya yaklaşık 2 ml dökün. </li><li> Yaklaşık 0.5 m uzakta numuneden airbrush yerleştirin. </li><li> Petri çanağından çıkart. 100 psi&#39;lik bir püskürtme basıncı altında, yaklaşık 5 saniye için örnek intimal yüzeyinde doku işaret boya püskürtün. Benek deseni düzgün numune yüzeyini kaplayan sağlamak için üç kez tekrarlayın. </li></ol> Deney 3. Performans <ol><li> Bir doku yapıştırıcı kullanılarak plastik bir şerit (1 cm genişliğinde x 1 cm uzunluk x 0,5 cm kalınlığında) numunenin her bir ucunu takın. Bir doku kesme tahtası üzerinde örnek yerleştirin. Düzleşene şekilde numuneyi yerleştirin ve dijital kumpas kullanarak boyutlarını ölçmek. </li><li> Mekanik testler için sistem kontrollerini başlatın. Sistem giriş ekranını kontrol On, &quot;Setup&quot; sekmesinde bulunan görev çubuğundaki &quot;Dalgaformu&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Reklam-4 mm (sistemde belirlenen başlangıç ​​pozisyonuna göre 4 mm uzatma) mekanik test üst kavrama sadece konumu. Yavaşça mekanik test üst kavrama içine bir plastik şeridin (3.1 numune bağlı) güvenli ve örnek serbestçe asmak için izin verir. Örnek ve üst kavrama arasındaki mesafe 2 mm &#39;den az olmasını sağlamak için dijital kumpas kullanarak. </li><li> Numunenin serbest ucu uzantısı olmadan güvenli olabilir, böylece el alt kavrama konumunu ayarlamak. Yavaşça mekanik test cihazı alt kavrama halinde Numunenin serbest ucuna bağlanmış plastik bir şerit sabitleyin. <ol><li> Örnek ve alt kavrama arasındaki mesafe 2 mm &#39;den az olmasını sağlamak için dijital kumpas kullanarak. Sistem yük hücresini sıfır. Numunenin uzunluğunu ölçün ve küresel çevresel suşları hesaplanması için referans uzunluk olarak kullanmak. </li></ol></li><li> Mekanik test protokolünü girin. T kullanılan protokol,Onun gösteri 0.01 mm / sn bir yer değiştirme hızında% 18 oranında örnek uzatmak 4 tek eksenli deplasman döngüleri gerektirir. </li><li> Aralıklı o hidrate kalmasını sağlamak için kalan test protokolü boyunca numune üzerinde PBS sprey. </li><li> Yükleme çerçevesinden 1.5 m konumlandırılmış bir tripod üzerine kamera (5 mega piksel kamera, 100 mm mercek, 3.49 mikron piksel boyutu) monte edin. Kamera ve örnek yüzey derinliği en uygun alana kamerayı ayarlama ve görüş tüm alan odakta olacak şekilde uyumunu manipüle ederek dik olduğundan emin olun. </li><li> Görüntü yakalama yazılımını açın. </li><li> Seçeneği &quot;Select sistemi&quot; nde &quot;BGK-2&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Görüntüleri kaydetmek için proje yolunu seçin analiz edilecek. </li><li> &quot;Time Square&quot; simgesine tıklayın ve 5 saniye olarak satın alma aralığı belirtin. </li><li> Numunenin net bir görünüm elde edecek şekilde lens pozlama, sayısal açıklık ve odağı ayarlamak. </li><li> Numune üzerinde yeterli aydınlatma sağlamak üzere LED konumunu ayarlayın. </li><li> Numune yüzeyinin bir görüntü elde etmek için görüntü yakalama yazılımı &quot;Başlat&quot; simgesini tıklatın. </li><li> Görüntü analiz yazılımı açın. </li><li> Elde edilen görüntü aktarma. Bireysel benek yakınlaştırmak ve bu bireysel benek içindeki piksel sayısını. Not: Bir temsili siyah benek tanımlayın. Benzer olarak yüksek değerlere sahip benek her iki piksel arasındaki doğrusal mesafe olarak benek boyutunu tanımlar. Kabul edilebilir bir benek boyutu, tipik bir benek genişliği boyunca piksel sayısı 3 piksel daha büyük olmalıdır. , Mümkünse ölçümlerde uzaysal çözünürlüğü artırmak için, çoğu benekler benek genişliği boyunca en fazla 5-7 piksel olmalıdır. Böylece, bu durum için, tipik bir benek ile 10 um, küçük de ve 23 um doğrusal boyut en az aralığı olacaktır. Uygun bir alt kümesini belirlemek içinboyut, tipik bir alt kümesi genişliği boyunca en az beyaz 3 ve 3 siyah benekleri olmalıdır. Tipik bir benek doğrusal boyut 5 piksel ise, o zaman her bir 31x31 alt küme doğrusal boyut en az 105 um olabilir. Alt kümesi merkezleri arasındaki mesafe doğrusal boyut en az 1/6 olmalıdır. Böylece, bir 31x31 altkümesi boyutu için mesafe doğrusal mesafe 18 mikron temsil eden 5 piksel. </li><li> Benek desen kalitesini doğruladıktan sonra, aynı anda test başlatmak için görüntü yakalama yazılımı sistemde &quot;Çalıştır&quot; ikonuna ve &quot;Başlat&quot; ikonuna tıklayın. </li><li> Kamera ve görüntü yakalama yazılımı kullanarak test boyunca görüntüleri bir dizi yakalayın. </li></ol> Deney sonrası 4. Temizlik-up İşlemleri <ol><li> Biohazard torbaya atılır örnek yerleştirin ve torbayı kapatın. Uygun şekilde bertaraf edilmesi için Güney Carolina Üniversitesi&#39;nde Çevre Sağlığı ve Güvenliği (EHS) Bölümü arayın. </li><li> Bir fosfat hazırlayındistile su, deterjan dezenfektan bir 1:64 seyreltme oranı ile ücretsiz dezenfektan solüsyon. 20 dakika için bu çözelti içinde cerrahi aletler bekletin. </li><li> İyice damıtılmış su ile 4.2 tarif öğeleri durulayın. Bir kağıt havlu kullanarak araçları kurutun ve daha sonra% 70 etanol çözeltisi ile sprey. Bir kez daha kağıt havlu kullanarak cerrahi aletleri kurulayın ve cerrahi araç kutusunda onları geri koydu. </li></ol> Yerel Gerginlik Alan Tedbir 5. Görüntü Analizi <ol><li> Görüntü analiz yazılımı açın. </li><li> Analiz edilmesi gereken tüm görüntüleri seçmek, &quot;Benek görüntüleri&quot; sekmesine tıklayın. </li><li> Dikdörtgen aracını tıklayın ve ilk görüntüdeki ilgi alanı seçin. </li><li> Altküme boyutu 41 × 41 piksel ve adım büyüklüğü 5 piksel girin. </li><li> , Yazılımda analiz sekmesini tıklatın başlatmak optimize 8-tuzak olarak interpolasyon seçin; Gauss olarak seçenek sıfır normalize kare farklılıklar ve alt kümesi ağırlıkları ölçütü seçin. </li><li>Yazılımın varsayılan olarak eşik seçeneklerini ayarlayın. </li><li> Başlangıç ​​analizi sekmesinde post-processing alt sekmesine tıklayın. Seçenek gerilme hesaplama tıklayın ve filtre boyutu ve yazılımda varsayılan olarak filtre türünü bırakın. Seç tensör Lagrange yazın. </li><li> Veri sekmesini seçin ve ardından yüzey gerilme alanının görüntülenmesi için herhangi bir analiz resmi seçin. </li></ol>

<ol>
	<li>Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanics+of+soft+tissue.">Biomechanics of soft tissue.</a> The handbook of materials behavior models. 3, 1049-1063 (2001).</li><li>Vito, R. P., Dixon, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+vessel+constitutive+models-1995-2002.">Blood vessel constitutive models-1995-2002.</a> Annu Rev Biomed Eng. 5, 413-439 (2003).</li><li>Dodson, R. B., Martin, J. T., Hunter, K. S., Ferguson, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+hyperelastic+properties+for+umbilical+artery+in+preeclampsia+from+uniaxial+extension+tests.">Determination of hyperelastic properties for umbilical artery in preeclampsia from uniaxial extension tests.</a> Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 169, 207-212 (2013).</li><li>Chuong, C. J., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+residual+stresses+in+arteries.">On residual stresses in arteries.</a> J Biomech Eng. 108, 189-192 (1986).</li><li>Borschel, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+of+recellularized+small-diameter+vascular+grafts.">Tissue engineering of recellularized small-diameter vascular grafts.</a> Tissue Eng. 11, 778-786 (2005).</li><li>Wagenseil, J. E., Mecham, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+extracellular+matrix+and+arterial+mechanics.">Vascular extracellular matrix and arterial mechanics.</a> Physiol Rev. 89, 957-989 (2009).</li><li>Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+material+models+for+arterial+walls+from+uniaxial+extension+tests+and+histological+structure.">Determination of material models for arterial walls from uniaxial extension tests and histological structure.</a> J Theor Biol. 238, 290-302 (2006).</li><li>Tanaka, T. T., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+and+inelastic+properties+of+the+canine+aorta+and+their+variation+along+the+aortic+tree.">Elastic and inelastic properties of the canine aorta and their variation along the aortic tree.</a> J Biomech. 7, 357-370 (1974).</li><li>Sokolis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+mechanical+properties+and+structure+of+the+aorta:+segmental+analysis.">Passive mechanical properties and structure of the aorta: segmental analysis.</a> Acta physiologica. 190, 277-289 (2007).</li><li>Twal, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellularized+Microcarriers+as+Adhesive+Building+Blocks+for+Fabrication+of+Tubular+Tissue+Constructs.">Cellularized Microcarriers as Adhesive Building Blocks for Fabrication of Tubular Tissue Constructs.</a> Ann Biomed Eng. , 1-12 (2013).</li><li>Shazly, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Uniaxial+Ring+Test+of+Tissue+Engineered+Constructs.">On the Uniaxial Ring Test of Tissue Engineered Constructs.</a> Exp Mech. , 1-11 (2014).</li><li>Kim, J., Baek, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circumferential+variations+of+mechanical+behavior+of+the+porcine+thoracic+aorta+during+the+inflation+test.">Circumferential variations of mechanical behavior of the porcine thoracic aorta during the inflation test.</a> J Biomech. 44, 1941-1947 (2011).</li><li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+material+parameters+of+the+two-dimensional+Holzapfel-Weizsacker+type+model+based+on+uniaxial+extension+data+of+arterial+walls.">Determination of material parameters of the two-dimensional Holzapfel-Weizsacker type model based on uniaxial extension data of arterial walls.</a> Comput Methods Biomech Biomed Engin. 16, 358-367 (2013).</li><li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+material+parameters+of+four-fibre+family+model+based+on+uniaxial+extension+data+of+arterial+walls.">Determination of the material parameters of four-fibre family model based on uniaxial extension data of arterial walls.</a> Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17, 695-703 (2014).</li><li>Hoeltzel, D. A., Altman, P., Buzard, K., Choe, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strip+extensiometry+for+comparison+of+the+mechanical+response+of+bovine,+rabbit,+and+human+corneas.">Strip extensiometry for comparison of the mechanical response of bovine, rabbit, and human corneas.</a> J Biomech Eng. 114, 202-215 (1992).</li><li>Guo, X., Kassab, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variation+of+mechanical+properties+along+the+length+of+the+aorta+in+C57bl/6+mice.">Variation of mechanical properties along the length of the aorta in C57bl/6 mice.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 285, H2614-H2622 (2003).</li><li>Smutz, W., Drexler, M., Berglund, L., Growney, E., An, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+a+video+strain+measurement+system.">Accuracy of a video strain measurement system.</a> J Biomech. 29, 813-817 (1996).</li><li>Genovese, K., Lee, Y. U., Lee, A. Y., Humphrey, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+panoramic+digital+image+correlation+method+for+vascular+strain+analysis+and+material+characterization.">An improved panoramic digital image correlation method for vascular strain analysis and material characterization.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 27, 132-142 (2013).</li><li>Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+approach+for+direct+measurement+of+two-dimensional+strain+distributions+within+articular+cartilage+under+unconfined+compression.">An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression.</a> J Biomech Eng. 124, 557-567 (2002).</li><li>Ning, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+measurements+and+material+property+estimation+of+mouse+carotid+artery+using+a+microstructure-based+constitutive+model.">Deformation measurements and material property estimation of mouse carotid artery using a microstructure-based constitutive model.</a> J Biomech Eng. 132, 121010 (2010).</li><li>Sutton, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+field+measurements+on+mouse+carotid+arteries+using+microscopic+three-dimensional+digital+image+correlation.">Strain field measurements on mouse carotid arteries using microscopic three-dimensional digital image correlation.</a> J Biomed Mater Res A. 84, 178-190 (2008).</li><li>Sutton, M. A., Orteu, J. J., Schreier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. , (2009).</li><li>Verhulp, E., van Rietbergen, B., Huiskes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+digital+image+correlation+technique+for+strain+measurements+in+microstructures.">A three-dimensional digital image correlation technique for strain measurements in microstructures.</a> J Biomech. 37, 1313-1320 (2004).</li><li>Wang, C. C., Deng, J. M., Ateshian, G. A., Hung, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+approach+for+direct+measurement+of+two-dimensional+strain+distributions+within+articular+cartilage+under+unconfined+compression.">An automated approach for direct measurement of two-dimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 124, 557-567 (2002).</li><li>Franck, C., Hong, S., Maskarinec, S., Tirrell, D., Ravichandran, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+full-field+measurements+of+large+deformations+in+soft+materials+using+confocal+microscopy+and+digital+volume+correlation.">Three-dimensional full-field measurements of large deformations in soft materials using confocal microscopy and digital volume correlation.</a> Exp Mech. 47, 427-438 (2007).</li><li>Garcia, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+and+constitutive+modelling+of+the+passive+mechanical+properties+of+the+porcine+carotid+artery+and+its+relation+to+histological+analysis:+Implications+in+animal+cardiovascular+device+trials.">Experimental study and constitutive modelling of the passive mechanical properties of the porcine carotid artery and its relation to histological analysis: Implications in animal cardiovascular device trials.</a> Med Eng Phys. 33, 665-676 (2011).</li><li>Miller, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+test+very+soft+biological+tissues+in+extension?.">How to test very soft biological tissues in extension?.</a> J Biomech. 34, 651-657 (2001).</li><li>Sutton, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Springer handbook of experimental solid mechanics. , 565-600 (2008).</li><li>Han, H. C., Fung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+strain+of+canine+and+porcine+aortas.">Longitudinal strain of canine and porcine aortas.</a> J Biomech. 28, 637-641 (1995).</li><li>Sokolis, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+passive+strain-energy+function+for+elastic+and+muscular+arteries:+correlation+of+material+parameters+with+histological+data.">A passive strain-energy function for elastic and muscular arteries: correlation of material parameters with histological data.</a> Med Biol Eng Comput. 48, 507-518 (2010).</li><li>Zhou, B., Wolf, L., Rachev, A., Shazly, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+structure-motivated+model+of+the+passive+mechanical+response+of+the+primary+porcine+renal+artery.">A structure-motivated model of the passive mechanical response of the primary porcine renal artery.</a> J Mech Med Biol. , (2013).</li><li>Zhou, B., Rachev, A., Shazly, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biaxial+active+mechanical+properties+of+the+porcine+primary+renal+artery.">The biaxial active mechanical properties of the porcine primary renal artery.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 48, 28-37 (2015).</li><li>Sommer, G., Holzapfel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+constitutive+modeling+of+the+biaxial+mechanical+response+of+intact+and+layer-dissected+human+carotid+arteries.">3D constitutive modeling of the biaxial mechanical response of intact and layer-dissected human carotid arteries.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 5, 116-128 (2012).</li></ol>

Yazarlar herhangi bir çıkar potansiyel çatışmaları var.

Önceki çalışmalar örnek zorlanma 18,20,21,23,24 değerlendirmek için boya izleme, video yöntemleri geniş bir yelpazede kullanılan-olmasına rağmen, bugünkü amacı değerlendirilmesi için 2D-DIC ile çift tek eksenli çekme testi için kapsamlı bir metodoloji sağlamaktır vasküler doku örnekleri üzerinde yüzey suşları. Numune tek eksenli yükleme uğrar gibi yüksek çözünürlüklü kamera ve in-house görüntü analizi yazılımı ile, gerilme alanı önceden belirlenmiş bir yüzey bölgesi içinde ölçülebilir. Vasküler dokunun mekanik test için özel önem, sunulan tekniği ile doğrudan da kurucu malzeme özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılmaktadır düzlemsel iki-eksenli testlerinde yüzey suşları değerlendirmek için adapte edilebilir. Dijital görüntü korelasyon analizi kolaylaştırmak amacıyla, bir leke örüntüsü Örnek yüzeyine uygulanmaktadır. Speckling için kullanılan boya çoğu tarafından kolaylıkla yumuşak doku yüzeylerine yapışan bir doku markalama boyadır. Bir elde etmek içinAksine kaliteli ve benek desen, 60-100 mikron optimal benek boyutu doğru yoğunluk ve 0.5 m püskürtme mesafesi airbrush meme çapı ve numune ve airbrush arasındaki mesafeyi ayarlayarak gerçekleştirilmektedir. Kullanılan benek boyutu sonuçtaki ölçümlerin 23,25 çözümüne doğrudan ilişkilidir. Her benek olarak kabul edilebilir bir görüntü korelasyonu elde etmek üzere en az 3-5 piksel numune gereklidir. Görüş 22 mm x 18 mm alan ve kullanılan benek büyüklüğü göz önüne alındığında, sunulan deney çözünürlüğü 9 mikron / piksel. Damar dokusu 26,27 için yarı-statik deforme denge devletlerin bir dizi elde etmek için 0.01 mm / sn bir yükleme hızı mekanik testler için kullanılır. Kamera ve yüksek kalitede yük hücresi, her iki titreşime derece hassas olduğundan, deney sırasında az hareket olmalıdır; hatta küçük ise, katı cisim kamera / numune hareketi oluşabilir ve w olabilirkötü şaşırtmak 2D-DIC-tabanlı ölçümler. Benzer şekilde, örnek deformasyon böylece PBS 2D-DIC doğruluğunu teşvik etmek test yoluyla uygulanan önemlidir, doku su kaybı nedeniyle oluşabilir. 2D-DIC için gerekli özellikleri alt küme boyutu ve görüntü işleme algoritması 22 kullanılan adım yüksekliği bulunmaktadır. Önemsiz önyargı ile doğru sonuçlar elde etmek için, en az 3 siyah ve beyaz benekler 3 en az 3-5 piksel örneklenen her benek ile her alt mevcut olmalıdır. Çıktısında Her veri noktası bilgileri deney mekansal çözünürlükte olarak kabul alt kümesi boyutu (41x41 piksel), karşılık gelen bir kutu üzerinden ortalama sağlar. Adım büyüklüğü bakımından iki veri noktası arasındaki mesafe, bu deneyde 5 pikseldir. Benek deplasman / yüzey gerilme ölçümlerinin doğruluğu en üst düzeye çıkarmak amacıyla, 8 musluk spline enterpolasyon yöntemi doğru, sub-pixel yoğunluğu değerleri elde etmek için uygulanır. 8-tap method 4 musluk ya da 6-tap interpolasyon filtresi kullanılarak elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında suşları elde biraz daha yüksek doğruluğa sahiptir. O aydınlatma ölçekte bir değişiklikten etkilenmez çünkü korelasyon kriter &quot;normalize kare farkları&quot; eşleştirme için seçildi (örneğin, deforme olmuş bir alt kümesi referansı% 30 daha parlak olduğunda). Bu seçim yazılımında varsayılan seçim ve genellikle esneklik en iyi kombinasyonunu sunar ve 28 sonuçlanır. Alt kümesi içindeki piksel eşleştirme işleminde ağırlıklı nasıl kontrol Subset ağırlıklandırma, Gauss olarak seçilir. Üniforma ağırlıkları, alt kümesi içindeki her piksel eşit kabul edilir; Gauss ağırlıklar uzaysal çözünürlük ve deplasman çözünürlükte en iyi kombinasyonu sunar. Yüzey gerilme alanının varyasyon katsayıları içi görüntü analiz yazılımı ile hesaplanır ve gerilme heterojenite derecesini ölçmek için kullanıldı. Katsayısıhem çevresel hem de uzunlamasına yönlerde streyn alanının varyasyon ficient önce vasküler doku tiplerinin (yayınlanmamış sonuçlar) üzerine benzer bir mekanik testler gözlenmiştir artan küresel çevresel suşu ile azalmıştır. Bu kalıcı bir trend dayanarak, yüzey gerilme alanları yeterince küresel ve yerel ölçümler yakınsama şekilde uzatma bazı kritik derecede üstünde homojenize ki beklemek mantıklıdır. Bununla birlikte, bu kritik değer esas malzeme özellikleri ve böylece doğru tanımlanmasını lokal uzama ölçümleri kullanımını destekleyen, kağıt mendil ve örnek özgü olması muhtemeldir. Birçok sınırlamalar bizim sunulan metodoloji ve sonuçların doğru yorumlanması için dikkate alınmalıdır. Biz, küresel çevresel gerginlik ılımlı bir dizi reçete böylece hem çevresel ve boyuna yönlerde bizim gerçekleştirilen yerel gerilme büyüklükleri anlamlı derecede düşük bulundu<html> in vivo olarak görülen değerlerden. Dahası, biz tek bir örnek yönlendirme altında tek eksenli mekanik yanıtını değerlendirildi ve bu nedenle damar dokusu 29,30 bünye malzeme özelliklerini belirlemek için yeterli veri oluşturmak. Ancak, amacımız domuz aort kapsamlı bir mekanik analiz yapmak için, daha ziyade yumuşak doku üzerinde bir tek eksenli mekanik testlere çift 2D-DIC deneysel bir protokol göstermek için değil. Burada sunulan teknik halen çift eksenli mekanik test ve dolayısıyla vasküler dokuların 31-33 kurucu mekanik özelliklerin ölçümü için uzatılabilir. 2D-DIC yöntem sadece numune yüzeyine karşılık gelen bir düzlemsel gerilme alanı yakalar. Numune düzleminden dışarı deforme veya numune bir düzlemsel olmayan geometri olduğunda (örneğin, kan damarı), stereo görme görüntüleme ve 3D-DIC tekniği kapsamlı gerilme ölçümü 23,25 için uygulanabilir zaman. Mevcut el yazması tek eksenli çekme testi ve dijital görüntü korelasyonu entegre etmek metodoloji hakkında ayrıntılı bilgi sağlar Özetle nt &quot;&gt; yerli vasküler doku mekanik tepkisini karakterize etmek. Bu çalışmada sunulan yöntem kolayca diğer yerli mekanik karakterizasyonu için adapte edilebilir ve yumuşak dokuları yanı sıra yumuşak hidrojel / polimerik malzemeler mühendislik ve örnek yüzey gerilme alanı, mekanik test sırasında önemli heterojenliğini sergileyen zaman özellikle yararlıdır.

50 yılı aşkın bir araştırma zengin tarihi vasküler dokularda mekanik özelliklerini miktarının üzerinde yoğunlaştı. Bu çalışmalar daha iyi, kan damarlarının fizyolojik ve patolojik davranış hem anlama etkinliği / endovasküler cihazların uyumluluğunu ve yardım tasarımı ve mühendislik vasküler imalat 1-6 yapıları değerlendirmek için bir temel sağlamaktayız. Yumuşak doku ve mekanik özelliklerinin kurucu modelleme mekanik yanıtın doğru ölçülmesi özünde çoğu doku tipleri tarafından sergilenen mekanik heterojenite, anizotropide ve doğrusal olmama nedeniyle zordur. Ayrıca, deneysel ölçümler genellikle yerel mekanik test sırasında numune kavrama arayüzleri tanıtıldı karmaşıklıklar (örneğin, bükme, sürtünme, stres konsantrasyonları, sulanma) ve doku canlı hayvan kesilip sonra mekanik özelliklerinin kaçınılmaz geçişle şaşırmış edilir. &lt;/ p&gt; Bir tek eksenli çekme deneyi sert bir malzemeden yapılmış bir örnek üzerinde gerçekleştirilebilir basit mekanik testler arasında ve genellikle vasküler dokunun mekanik yanıtını değerlendirmek için kullanılır. Bu deneylerin sonuçları yerli ve mühendislik doku kaynakları için yararlı ön bilgi sağlamak ve damar duvarının 7-11 mekanik davranışına bazı tedaviler, hastalık durumları veya farmakolojik bileşiklerin etkilerini karşılaştırmak için de kullanılabilir. Yumuşak dokuların tek eksenli mekanik test tipik olarak en yaygın olarak köpek kemiği veya halka 7,8,12-14 şeklinde nispeten düzgün geometriye sahip numuneler üzerinde gerçekleştirilir. Ancak, bu idealize edilmiş geometriler gelen önemli ayrılma nedeniyle test sistemi içinde doku diseksiyonu, izolasyon ve sıkma ile ilişkili zorluklar oluşabilir. Geometri herhangi düzensizlik sonuçta heterojen stres ve gerginlik sebebiyet verecekalanları Örnek gerçek örnek şekline bağlıdır heterojenlik, yanı sıra örnek büyüklüğüne (kulpları göre) malzemenin 9,15,16 mekanik özelliklerinin derecesi ile tek eksenli uzatma gücüne tabi tutulduğunda. Alan heterojenliklerdir önemli olduğunda, göreceli kavrama pozisyonlarına dayalı örnek gerilme hesaplamaları yanlış ve mekanik davranışları değerlendirmek için böylece yetersiz temelidir. Video analiz sistemleri yaygın sık numune yüzeyine 17,18 uygulanan yüksek kontrastlı boya işaretlerini kullanarak, yumuşak dokuların gerilme ölçümleri için kullanılmıştır. Dijital görüntü korelasyon deformasyon öncesi ve sonrası, numune yüzeyi üzerinde gri seviye yoğunluk değerlerini karşılaştırarak tam-alan yüzey gerilimini ölçen bir optik metrolojik teknik, yumuşak doku 19-21 analizleri video bağlantılı olarak kullanılmaktadır. Dijital görüntü korelasyon çeşitli avantajları interferometr kıyasla vardırölçümler için kullanılabilir ic yöntemleri. İlk olarak, bir temassız ölçüm tekniği olarak, bu ölçüm sistemi numune etki biçimi nedeniyle malzeme özellikleri modifiye karıştırıcı etkilerini en aza indirir. İkincisi, çok daha az sıkı ölçüm ortamı gerektirir ve diğer yöntemlere göre daha hassasiyet ve çözünürlük, daha geniş bir yelpazesine sahiptir. Üçüncüsü, görüş tam bir alanı yakalama yeteneği ile donatılmış, bu teknik ortalama ve yerel mekanik yanıtları hem karakterize olabilir. Yöntemin ayrıntılı bir açıklama için, okuyucular Sutton 22 kitabını görmek için teşvik edilir. Numune yüzeyindeki gerilme alanları elde etmek için, iki boyutlu dijital görüntü korelasyon tekniği (2D-DIC) kullanılabilir. Kısacası, numune görüntüleri yüksüz ve çeşitli yüklü devletler yakalanır. Ilk görüntü sonraki hesaplanması için bir örgü oluşturan altkümelerini (M × M piksel) olarak adlandırılan küçük karelere bölünmüş2B gerilme alanları. Deforme örnekte her karenin pozisyonu bir görüntü eşleştirme algoritması kullanılarak elde edilir. Her bir karenin hareketi daha sonra polinom uydurma ya da sonlu elemanlar enterpolasyon dahil çeşitli yöntemlerle yoluyla deformasyon degradeler ve suşları türetmek için kullanılabilir deplasman alanları verimli, görüntü-by-görüntü izlenir. Mevcut yazıda, tek eksenli çekme testi ve 2D-DIC entegrasyonu yoluyla yerli vasküler dokularda yüzey gerilme alanlarının değerlendirilmesi için ayrıntılı bir metodoloji sağlamaktadır.

<table><tbody><tr><td>Uniaxial tensile mechanical tester</td><td>Enduratec</td><td>3230 AT/HR</td><td></td></tr><tr><td>Blue tissue marking dye</td><td>http://www.ebay.com/itm/Tissue-Marking-Dye-in-Bottles-2oz-Bottle-1-ea-/201193551510?pt=LH_DefaultDomain_0&amp;amp;hash=item2ed811f696</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sprayer</td><td>Anest-iwata</td><td>CM-B</td><td>Custom Micron B</td></tr><tr><td>Camera</td><td>Point Grey</td><td>GS2-GE-50S5M-C</td><td></td></tr><tr><td>Lens</td><td>Tokina</td><td>AT-X M100</td><td></td></tr><tr><td>Vascular tissue</td><td>Caughman Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.9% Sodium Chloride Injection PBS</td><td>BAXTER HEALTHCARE CORP.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vic_snap</td><td>Correlated Solutions</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vic_2D</td><td>Correlated Solutions</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wintest 4.1</td><td>Bose ElectroForce</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tissue adhesive</td><td>&amp;nbsp;3M Vetbond&amp;nbsp;</td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>Disinfectant&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant</td></tr></tbody></table>

using digital image correlation to characterize local strains on vascular tissue specimens

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and product development. Stress-strain relationships are typically obtained from mechanical testing data to enable comparative assessment among samples and in some cases identification of constitutive mechanical properties. However, errors may be introduced through the use of average strain measures, as significant heterogeneity in the strain field may result from geometrical non-uniformity of the sample and stress concentrations induced by mounting/gripping of soft tissues within the test system. When strain field heterogeneity is significant, accurate assessment of the sample mechanical response requires measurement of local strains. This study demonstrates a novel biomechanical testing protocol for calculating local surface strains using a mechanical testing device coupled with a high resolution camera and a digital image correlation technique. A series of sample surface images are acquired and then analyzed to quantify the local surface strain of a vascular tissue specimen subjected to ramped uniaxial loading. This approach can improve accuracy in experimental vascular biomechanics and has potential for broader use among other native soft tissues, engineered soft tissues, and soft hydrogel/polymeric materials. In the video, we demonstrate how to set up the system components and perform a complete experiment on native vascular tissue.

Damar dokusu üzerinde rampalı tek eksenli uzatma testinden elde edilen mekanik veriler, belirli bir deplasman hızında uygulanan numune değiştirme ilişkileri karşı yük oluşur. Bu çalışmada, tek eksenli mekanik test ile bağlantılı olarak 2D-DIC, çeşitli deforme Birleşik Devletler &#39;dikey yönde eden yüzey streyn alanları ölçmek için kullanılır. Vasküler doku viskoelastik yapısı mekanik önkoşullamanın önce yük-deplasman eğrileri histerezis önemli derecesi ile kendini gösterir. Histerezis yavaş yavaş (Şekil 1) azalır burada mekanik test tekrarlanabilirliği teşvik etmek ve elastik mekanik bir tepki elde etmek için, doku çeşitli yükleme-boşaltma döngüsünden yoluyla öngörülmekte. Son derece dikkatli numune hazırlama ve montaj rağmen, 2D-DIC ölçümler sonuçtaki intimal yüzey gerilme alanı hem de son derece heterojen olduğunu göstermek<html> çevresel ve boyuna yönde. Beklendiği gibi, yerel çevresel gerilme değerleri uygulanan örnek deplasman artar. Çevresel gerilme desen heterojenite genellikle numune kavrama arabiriminin yanında kıyasla numunenin merkezine yakın düşük değerler, yerel suşları üzerinde tutunma etkilerini yansıtan (Şekil 2) verir. Örnek yavaş yavaş genişletilirken aralannda gibi uzunlamasına yönde, örnek intimal yüzeyi üzerinde elde edilen homojen olmayan bir basınç suşları artar ve sonuçta meydana gelen gerilme alanı çevre yönünde (Şekil 3) ile karşılaştırıldığında heterojenlik, daha belirgin bir derecesini gösterir. Dik yönlerde yüzey gerilme alanlarının varyasyon (CV) katsayıları seçkin deneysel devletler saha heterojenite derecesini yansıttığı hesaplandı ve tekdüze artan numune uzantısı (Tablo 1) ile azalma saptandı. 1 &quot;&gt;:&quot; keep-together.within sayfa = fo &quot;jove_content <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53625/53625fig1.jpg" /> Şekil 1. tek eksenli çekme testi için vasküler doku örneğinin Deneysel önkoşullanma. Bir dikdörtgen şekilli numunesi çoğaltılabilir elastik bir tepki elde etmek için üç yükleme-boşaltma döngüleri ile öngörülmekte. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53625/53625fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53625/53625fig2.jpg" /> Ilgi numune alanı içinde 2. Çevresel gerilme alanını rakam. (A) benekli numune intimal yüzeyinin Temsilcisi örnek ve ilgi belirlenen alan. Artırmayı ilgi belirlenen alan içinde (B) Yerel çevresel gerilme ε yy (%)uygulanan küresel çevresel zorlanma düzeyleri (soldan sağa, 18% 9 ila% 1.6% artan). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53625/53625fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53625/53625fig3.jpg" /> Ilgi numune alanı içinde Şekil 3. Boyuna gerilme alanı. (A) benekli numune intimal yüzeyinin Temsilcisi örnek ve ilgi belirlenen alan. Uygulanan küresel çevresel zorlanma düzeylerini artırmayı ilgi belirlenen alan içinde (B) Yerel boyuna gerilme ε xx (%). (Soldan sağa, 18% 9 ila% 1.6 ila% artarak) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53625/53625fig3large.jpg" target="_blank">bir görüntülemek için tıklayınız Bu rakamın daha büyük bir versiyonu.</a> <tablefo: keep-together.within-sayfa = &quot;1&quot;&gt; <tbody><tr><td> Küresel çevresel gerilme [%] </td><td> Ε yy CV (%) </td><td> Ε xx CV (%) </td></tr><tr><td> 1.6 </td><td> 11.8 </td><td> 28.1 </td></tr><tr><td> 9,0 </td><td> 7.4 </td><td> 25.1 </td></tr><tr><td> 18.0 </td><td> 5.6 </td><td> 20.7 </td></tr></tbody></table> Tablo gerilme alanlarının varyasyonun 1. Katsayıları. Hem çevresel (ε yy) örnek intimal yüzey gerilme alanlarının varyasyon (CV) ve boyuna (ε xx) uygulanan küresel çevresel gerginlik seçkin düzeyde yön Katsayıları.

Watch this Scientific Journal Video about Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens at JoVE.com

Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens

Dijital Görüntü Korelasyon kullanma Vasküler Doku Örneklerinin Yerel düzensizliğin karakterize etmek

We describe the use of digital image correlation to characterize the local surface strain field on vascular tissue samples subjected to uniaxial tensile testing. These measurements facilitate precise quantification of the sample mechanical response and the generation of constitutive stress-strain relations.

Characterization of the mechanical behavior of biological and engineered soft tissues is a central component of fundamental biomedical research and ...

using-digital-image-correlation-to-characterize-local-strains-on

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

9.4K Görüntüleme.  University of South Carolina. We describe the use of digital image correlation to characterize the local surface strain field on vascular tissue samples subjected to uniaxial tensile testing. These measurements facilitate precise quantification of the sample mechanical response and the generation of constitutive stress-strain relations.

Video: Using Digital Image Correlation to Characterize Local Strains on Vascular Tissue Specimens

Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the arterial wall lead to tissue injury, which initiates restenosis2-7. This hypothesis needs further investigations including better quantifications of non-uniform strain distribution on the artery following stent implantation. A non-contact surface strain measurement method for the stented artery is presented in this work. ARAMIS stereo optical surface strain measurement system uses two optical high speed cameras to capture the motion of each reference point, and resolve three dimensional strains over the deforming surface8,9. As a mesh stent is deployed into a latex vessel with a random contrasting pattern sprayed or drawn on its outer surface, the surface strain is recorded at every instant of the deformation. The calculated strain distributions can then be used to understand the local lesion response, validate the computational models, and formulate hypotheses for further in vivo study.

Stent-induced arterial strain distributions are characterized using an optical surface strain measurement system. This visualization technique is used to gain insights into the impact of stent implantation on the host vessel.

Bir Gemi Stent Dağıtım sırasında Duvar Mekaniği izlenmesi

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the ...

Biyomühendislik

Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global reorganization and realignment of the gel microstructure. This process proceeds in a complex manner that is dependent in part on the interplay between the location of the cells, the geometry of the gel, and the mechanical constraints on the gel. To better understand how these variables produce global fiber alignment patterns, we use time-lapse differential interference contrast (DIC) microscopy coupled with an environmentally controlled bioreactor to observe the compaction process between geometrically spaced explants (clusters of fibroblasts). The images are then analyzed with a custom image processing algorithm to obtain maps of the strain. The information obtained from this technique can be used to probe the mechanobiology of various cell-matrix interactions, which has important implications for understanding processes in wound healing, disease development, and tissue engineering applications.

Time-lapse microscopy and image processing techniques were used to observe and analyze fibroblast-mediated gel compaction and fibrin fiber realignment in an environmentally controlled bioreactor over a 48 hr&#160;period.

Fibroblast aracılı Fibrin Jel Sıkıştırmayı Gözlemleme ve Ölçme

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

Microstructurally küçük yorgunluk ölçülerini tam alanlı zorlanma dijital görüntü korelasyon yöntemi kullanarak yayma çatlamak

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Mühendislik

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

Dijital görüntü korelasyon ile orta gerilim oranı malzeme karakterizasyonu

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

Kadavra Femur kortikal suşları kullanarak dijital görüntü korelasyon test kırık sırasında tahmin etmek için bir yöntem

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

Measuring Local Tissue Strains in Tendons via Open-Source Digital Image Correlation

There is considerable scientific interest in understanding the strains that tendon cells experience in situ and how these strains influence tissue remodeling. Based on this interest, several analytical techniques have been developed to measure local tissue strains within tendon explants during loading. However, in several cases, the accuracy and sensitivity of these techniques have not been reported, and none of the algorithms are publicly available. This has made it difficult for the more widespread measurement of local tissue strains in tendon explants. Therefore, the objective of this paper was to create a validated analysis tool for measuring local tissue strains in tendon explants that is readily available and easy to use. Specifically, a publicly available augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) algorithm was adapted for measuring 2D strains by tracking the displacements of cell nuclei within mouse Achilles tendons under uniaxial tension. Additionally, the accuracy of the calculated strains was validated by analyzing digitally transformed images, as well as by comparing the strains with values determined from an independent technique (i.e., photobleached lines). Finally, a technique was incorporated into the algorithm to reconstruct the reference image using the calculated displacement field, which can be used to assess the accuracy of the algorithm in the absence of known strain values or a secondary measurement technique. The algorithm is capable of measuring strains up to 0.1 with an accuracy of 0.00015. The technique for comparing a reconstructed reference image with the actual reference image successfully identified samples that had erroneous data and indicated that, in samples with good data, approximately 85% of the displacement field was accurate. Finally, the strains measured in mouse Achilles tendons were consistent with the prior literature. Therefore, this algorithm is a highly useful and adaptable tool for accurately measuring local tissue strains in tendons.

Measuring Local Tissue Strains in Tendons via Open-Source Digital Image Correlation

This paper describes an open-source digital image correlation algorithm for measuring local 2D tissue strains within tendon explants. The accuracy of the technique has been validated using multiple techniques, and it is available for public use.

Tendonlardaki Yerel Doku Suşlarının Açık Kaynak Dijital Görüntü Korelasyonu ile Ölçülmesi

There is considerable scientific interest in understanding the strains that tendon cells experience in situ and how these strains influence tissue ...

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

Canlı Mikroskopi Görüntüleme Altında 3D Hidrojellerin Kontrollü Suşu

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...

A Method to Study the Correlation Between Local Collagen Structure and Mechanical Properties of Atherosclerotic Plaque Fibrous Tissue

The rupture of atherosclerotic plaques in coronary and carotid arteries is the primary cause of fatal cardiovascular events. However, the rupture mechanics of the heterogeneous, highly collagenous plaque tissue, and how this is related to the tissue's fibrous structure, are not known yet. Existing pipelines to study plaque mechanics are limited to obtaining only gross mechanical characteristics of the plaque tissue, based on the assumption of structural homogeneity of the tissue. However, fibrous plaque tissue is structurally heterogeneous, arguably mainly due to local variation in the collagen fiber architecture.
The mechano-imaging pipeline described here has been developed to study the heterogeneous structural and mechanical plaque properties. In this pipeline, the tissue's local collagen architecture is characterized using multiphoton microscopy (MPM) with second-harmonic generation (SHG), and the tissue's failure behavior is characterized under uniaxial tensile testing conditions using digital image correlation (DIC) analysis. This experimental pipeline enables correlation of the local predominant angle and dispersion of collagen fiber orientation, the rupture behavior, and the strain fingerprints of the fibrous plaque tissue. The obtained knowledge is key to better understand, predict, and prevent atherosclerotic plaque rupture events.

We have developed a mechano-imaging pipeline to study the heterogeneous structural and mechanical atherosclerotic plaque properties. This pipeline enables correlation of the local predominant angle and dispersion of collagen fiber orientation, the rupture behavior, and the strain fingerprints of the fibrous plaque tissue.

Aterosklerotik Plak Fibröz Dokusunun Lokal Kollajen Yapısı ve Mekanik Özellikleri Arasındaki Korelasyonu İncelemek İçin Bir Yöntem

The rupture of atherosclerotic plaques in coronary and carotid arteries is the primary cause of fatal cardiovascular events. However, the rupture ...

A Novel Approach to Monitoring Graft Neovascularization in the Human Gingiva

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a novel method for measuring superficial blood perfusion over large areas. Since it is non-invasive and avoids direct contact with the measured area, it is suitable for monitoring blood flow changes during wound healing in human patients. Vestibuloplasty is periodontal surgery to the oral vestibule, aiming to restore vestibular depth with simultaneous enlargement of the keratinized gingiva. In this special clinical case, a split thickness flap was elevated at the first upper premolar and a xenogenic collagen matrix was adapted to the resulting recipient bed. LSCI was used to monitor the re- and neovascularization of the graft and the surrounding mucosa for one year. A protocol is introduced for the correct adjustment of microcirculation measurement in the oral mucosa, highlighting difficulties and possible failures.
The clinical case study presented demonstrated that &#8212; following the appropriate protocol &#8212; LSCI is a suitable and reliable method for following up microcirculation in a healing wound in the human oral mucosa and gives useful information on graft integration.

This study introduces a protocol for measuring microcirculation in human oral mucosa by laser speckle contrast imaging. The monitoring of wound healing after vestibuloplasty combined with a xenogenic collagen graft is presented on a clinical case.

İnsan jinjiva greft neovaskülarizasyon izleme için yeni bir yaklaşım

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a novel method for measuring superficial blood perfusion over large areas. Since it is non-invasive and avoids ...

Tıp

Quantification of Vascular Parameters in Whole Mount Retinas of Mice with Non-Proliferative and Proliferative Retinopathies

Retinopathies are a heterogeneous group of diseases that affect the neurosensory tissue of the eye. They are characterized by neurodegeneration, gliosis&#160;and a progressive change in vascular function and structure. Although the onset of the retinopathies is characterized by subtle disturbances in visual perception, the modifications in the vascular plexus are the first signs detected by clinicians. The absence or presence of neovascularization determines whether the retinopathy is classified as either non-proliferative (NPDR) or proliferative (PDR). In this sense, several animal models tried to mimic specific vascular features of each stage to determine the underlying mechanisms involved in endothelium alterations, neuronal death and other events taking place in the retina. In this article, we will provide a complete description of the procedures required for the measurement of retinal vascular parameters in adults and early birth mice at postnatal day (P)17. We will detail the protocols to carry out retinal vascular staining with Isolectin GSA-IB4 in whole mounts for later microscopic visualization. Key steps for image processing with Image J Fiji software are also provided, therefore, the readers will be able to measure vessel density, diameter and tortuosity, vascular branching, as well as avascular and neovascular areas. These tools are highly helpful to evaluate and quantify vascular alterations in both non-proliferative and proliferative retinopathies.

This article describes a well-established and reproducible lectin stain assay for the whole mount retinal preparations and the protocols required for the quantitative measurement of vascular parameters frequently altered in proliferative and non-proliferative retinopathies.