Biomechanika srdečněcévní soustavy a konstitutivní modelování Biomechanika a lékařské přístroje Biomechanika I Lukáš Horný Laboratoř biomechaniky člověka Ústavu mechaniky Fakulty strojní ČVUT v Praze
E – Empirická pozorování
E3 a E4 Biomechanické vlastnosti in vivo/ex vivo Empirická pozorování E1 Anatomie a fyziologie krevního oběhu E2 Vybrané patologické jevy a projevy stáří E3 Biomechanické vlastnosti in vivo E4 Biomechanické vlastnosti ex vivo/in vitro
In vivo Tlakové pulzace
Cinthio M., Ahlgren A.R., Bergkvist J., Jansson T., Persson H.W., Lindstrom K. (2006) Longitudinal movements and resulting shear strain of the arterial wall. Am J Physiol - Heart Circ Physiol 291 (1):394-402 http://ajpheart.physiology.org/content/291/1/H394
Průměr [mm]
Longitudinální výchylka [mm]
Žena 47 let – echa z IM – proudění u stěny
Rychlost proudění Čas [s]
EKG
In vivo Tlakové pulzace
Břišní aorta
Sonesson B., Lanne T., Vernersson E., Hansen F. (1994) Sex difference in the mechanical properties of the abdominal aorta in human beings. J Vasc Surg 20(6):959-969. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0741521494902348
80
80
120
120
Muž 69 let
1 22.4
16
1
22
15
Průměr [mm] Tlak [mmHg]
Muž 24 let
0
Čas [s]
1
In vivo Přírůstek průměru [mm]
Tlakové pulzace
Břišní aorta Žena 23 let 1.5 Žena 53 let 1
Žena 69 let
0.5
70 Sonesson B., Lanne T., Vernersson E., Hansen F. (1994) Sex difference in the mechanical properties of the abdominal aorta in human beings. J Vasc Surg 20(6):959-969. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0741521494902348
90
110
Tlak [mmHg]
130
In vivo Intravaskulární ultrazvuk a virtuální histologie
Dr. Arash Taki http://campar.in.tum.de/Main/ArashTaki
http://www.mayoclinic.org/medicalprofs/enlargeimage6060.html
Pacient 19 let (14 let po graftování), patologický nález: kalcifikace (šipka vpravo), zesílená intima (šipka vlevo)
In vivo Intravaskulární ultrazvuková elastografie Post mortem elastografie vulnerabilního koronárního aterosklerotického plátu. Nebezpečí nespočívá ani tak ve velké hodnotě deformace jako ve velkém prostorovém gradientu deformace. Vulnerable plaque marke d in IVUS (A), elastogram (B), macrophage staining (C), and collagen staining (D). In the elastogr am, a vulnerable plaque is indicated by a high strain on the surface. In the corresponding hist ology, a high amount of macrophage s (C) is visible with a thin cap (D) and a lipid pool (LP). http://circ.ahajournals.org/content/108/21/2636.full.pdf+html http://www-fgg.eur.nl/thorax/elasto/patients.html
Ex vivo Inflační-extenzní test (1) Vzorek cévy (2) Zdroj definovaného tlaku (3) Zajištění definovatelné podélné extenze (4) Měření podélné síly (5) Snímání deformace cévy (6) Datová sběrnice
V ideálním ještě zajistíte (a) Neosychání (b) Fyziologickou teplotu
Ex vivo Inflační-extenzní test
Lidská pánevní tepna
Tlak [kPa]
Fz Redukovaná osová síla
Obvodový streč r/R [-]
Ex vivo Lidská pánevní tepna
Tlak [kPa]
Inflační-extenzní test
Axiální streč l/L [-]
Ex vivo Inflační-extenzní test
Takamizawa K., Hayashi K. (1987) Strain energy density function and uniform strain hypothesis for arterial mechanics Journal of Biomechanics, 20 (1) , pp. 7-17. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021929087902624
Tlak [kPa]
Psí společná karotida
Axiální síla [N]
při konstantním předpětí
Vnější průměr [mm]
Ex vivo Tahový test
80
Axiální
Obvodové
[kPa]
Adventicie Medie Intima
Napětí
2. Piola-Krichhoffovo napětí vs. Green-Lagrangeova deformace
Lidská aorta (žena 80 let)
40
80 40
0.1 0.2 0.3 0.4
0.1 0.2 0.3 0.4
-0.1 -0.2
Axiální
0.1 0.2 0.3 0.4
Obvodová
http://www.biomech.tugraz.at/files/ publications/Holzapfel-J_Theor_Biol-2006
Deformace [-]
0.1 0.2 0.3 0.4
Axiální
G.A. Holzapfel (2006) Determination of material models for arterial walls from uniaxial extension tests and histological structure. Journal of Theoretical Biology, 238:290-302
Deformace [-]
Obvodová
-0.1 -0.2
Ex vivo Viskoelasticita Creep Relaxace Hystereze
Ex vivo Zbytková napětí/deformace
Díky nehomogenní struktuře tepenné stěny (v průběhu života jsou součástí adaptace; jsou vlastní většině tkání)
Závěr K dalšímu čtení Z IP V CVUT.CZ jdi na http://www.springerlink.com/content/r1qg55/#section=247089&page=1&locus=0 http://www.biomech.tugraz.at/files/publications/Holzapfel_CISM-Book-2009 http://www.biomech.tugraz.at/files/publications/Holzapfel-CISM_Courses_Lectures_No._441-2003 http://www.maths.gla.ac.uk/~xl/RWO-talk.pdf http://ocw.mit.edu/courses/biological-engineering/20-410j-molecular-cellular-and-tissue-biomechanics-be-410j-spring-2003/lecture-notes/ http://www.engineering.uiowa.edu/~bme050/cvb-solids.pdf http://www.engin.umich.edu/class/bme332/chap11bloodvessel/bme332bloodves.htm
