皮下脂肪组织本构模型及其生物力学性能研究进(4)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】MIHAI 等[31]在定性和定量上分析了脂肪组织的力学性能,指出通常用于模拟软组织的Fung、Gent 模型、Neo-Hookean 和Mooney-Rivlin 模型不适用于模拟在拉伸和剪切下
MIHAI 等[31]在定性和定量上分析了脂肪组织的力学性能,指出通常用于模拟软组织的Fung、Gent 模型、Neo-Hookean 和Mooney-Rivlin 模型不适用于模拟在拉伸和剪切下的脂肪组织,其中Ogden超弹性模型模拟结果与试验吻合良好,适用于在有限元分析中模拟脂肪组织。表1 总结了以往文献中对脂肪组织力学性能的研究情况。
续表1:参考文献序号 年份 样本 研究方法 主要测得参数 主要结论[25] 2010 猪皮下脂肪 细胞微观结构 测得密度,建立微观力学模型 模量由胶原网格决定,可理想化为不可压缩的无粘性流体[27] 2010 猪背部皮下脂肪 剪切试验 具有抗触变性 卸载后能够完全恢复形变,高应变下采用Mooney-Rivlin 本构模拟[26] 2010 猪皮下脂肪 压痕试验 测得超弹性、粘弹性参数 具有弹塑性变形行为,Neo-Hookean 模型能够表达低中应变下的力学响应[23] 2012 猪皮下脂肪 压缩试验 测得应力-应变曲线、密度及体积模量不可压缩,具有非线性行为及对称的力学响应,Ogden 超弹性模型可以体现其力学响应[29] 2013 人皮下脂肪 拉伸应力松弛试验 获得拉伸与应力松弛试验数据 具有非线性行为,应变高于30%出现撕裂风险很高[34] 2013 人腹部脂肪 双轴拉伸、三轴剪切试验用超弹性模型表征其准静态下的多轴力学行为表现为非线性、各向异性,胶原隔膜导致了组织的各向异性[33] 2018 人腹部脂肪 压缩应力松弛试验 获得压缩应力松弛试验数据 内部变量粘弹性模型与Ogden 函数是拟合试验数据的最佳组合
3 结语与展望
通过对脂肪组织力学性能研究的分析与总结(表1),为脂肪组织力学性能的进一步研究,及其在有限元建模及分析上的应用提供参考和帮助。通过回顾并总结以往国内外学者对脂肪组织进行的力学性能试验及相关研究成果,可得到以下结论:
(1)目前,归纳分析以往研究,认为脂肪组织是各向同性的,拉伸及压缩具有对称性的,并具有非线性力学响应及应变率依赖特性的不可压缩性软组织。
(2)Ogden 超弹性材料本构能够较好地模拟脂肪组织的力学响应特性。
(3)脂肪组织的损伤阈值可暂定为应变为30%。
不难发现,与肌肉、脑组织等软组织相比,脂肪组织力学性能的研究还远远不够。同时,已有研究中对脂肪组织力学性能的描述存在诸多争议,不同文献中往往得到的研究结果不一致,而引起这些差异的因素可能是多方面的,包括样本的尺寸及来源,试验前样本的预处理程序及方法,不同的试验方法等,这些不确定性因素都有可能导致研究结果上的差异。今后开展脂肪组织力学性能研究可从以下几个方面进行:
(1)开展脂肪组织力学试验,基于试验数据,运用有限元仿真与优化策略相结合的方法,反求获取具有更高生物仿真度的材料参数。
(2)数字图像相关技术(DIC)属于非接触式测量,其对测量环境要求较低,可测量全场变形,尝试引进数字图像相关技术研究脂肪组织力学性能。
(3)目前不同生物、不同部位引起的脂肪组织力学响应差异仍然未知,应着手对不同生物样本和不同部位的脂肪组织给力学响应带来的不确定性进行研究。
[1]KUDA O,ROSSMEISL M,KOPECKY J. Omega-3 Fatty Acids and Adipose Tissue Biology[J]. Molecular Aspects of Medicine,2018,64:147-160.
[2]LEE M J,WU Y,FRIED S K. Adipose Tissue Heterogeneity:Implication of Depot Differences in Adipose Tissue for Obesity Complications[J]. Molecular Aspects of Medicine,2013,34(1):1-11.
[3]VAN HOUTEN E E W,DOYLEY M M,KENNEDY F E,et al. Initial in Vivo Experience with Steady-State Subzone-Based MR Elastography of the Human Breast[J]. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2003,17(1):72-85.
[4]GEFEN A,DILMONEY B. Mechanics of the Normal Woman's Breast[J]. Technology and Health Care,2007, 15(4):259-271.
[5]QIU Suhao,ZHAO Xuefeng,CHEN Jiayao,et al. Characterizing Viscoelastic Properties of Breast Cancer Tissue in a Mouse Model Using Indentation[J]. Journal of Biomechanics,2018,69:81-89.
[6]GEFEN A,MEGIDO-RAVID M,ITZCHAK Y. In Vivo Biomechanical Behavior of the Human Heel Pad During the Stance Phase of Gait[J]. Journal of Biomechanics, 2001,34(12):1661-1665.
[7]WEAVER J B,DOYLEY M,CHEUNG Y,et al. Imaging the Shear Modulus of the Heel Fat Pads[J]. Clinical Biomechanics,2005,20(3):312-319.
[8]SUZUKI R,ITO K,LEE T,et al. In-Vivo Viscous Properties of the Heel Pad by Stress-Relaxation Experiment Based on a Spherical Indentation[J]. Medical Engineering and Physics,2017,50:83-88.
[9]AHANCHIAN N,NESTER C J,HOWARD D,et al. Estimating the Material Properties of Heel Pad Sub-Layers Using Inverse Finite Element Analysis[J]. Medical Engineering & Physics,2017,40:11-19.
文章来源:《医用生物力学》 网址: http://www.yyswlx.cn/qikandaodu/2021/0417/391.html