Damar Dokusunun Viskoelastoplastik Modellenmesi

Abstract

Dünyadaki ekonomik, bilimsel ve tıp açısından oldukça önemli ve gözlemlenme oranı yüksek olan arteroskleroz ve disk dejenerasyonu gibi hastalıklar, temelde yumuşak doku hastalıkları olarak adlandırılabilirler. Yumuşak dokular, çeşitli mekanik özellikleri haiz ve mekanik dış ortam uyaranlarına göre (büyüme, yeniden modelleme, morfojenez) kendilerini uyarladıklarından dolayı, biyolojik ve mekanik etkileşimlerin bilinmesi ve belirtilmesi çok büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma kapsamında, damar dokusu için viskoelastoplastik bir malzeme modelinin temellerinin oluşturulması amaçlanmıştır. Model, damar cidar yapısının kompozit özelliklerini içermekte ve çok eksenli yükleme durumlarına göre karmaşık pasif mekanik cevap mekanizmasını kapsamaktadır. Bir (elastik) hasar (damage) mekanizması ile malzemenin zamanla mekanik özelliklerinin değiştiği dikkate alınmıştır. Literatürde bu konuda oldukça fazla sayıda çalışma olmasına rağmen, deneysel verilerle desteklenen modeller yok denecek kadar azdır. Öncelikle, kardiyovasküler sistem ve damar anatomisi hakkında bilgiler sunulmuş ve literatürde bulunan daha önceki çalışmalardan örnekler verilmiştir. Kalın cidarlı eksenel simetrik tüp olarak modellenen damar üzerinde birleşik iç basınç, eksenel zorlanma ve burulma zorlanması yüklenmeleri için ifadeler elde edimiştir. Koyun pulmoner arterleri ile in-vitro deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiş, malzeme katsayıları tahmini gerçekleştirilmiştir. Çalışma, sonuçlar ve ileriye yönelik araştırma konuları hakkında kısa bir yol gösterme ile sona erdirilmiştir.

The great majority of diseases in the (western) world, such as atherosclerosis and degeneration of intervertebral discs are diseases of soft tissues. Hence, the multidisciplinary field of soft tissue research is of crucial scientific, medical and socioeconomic importance. Thus, it is of fundamental importance to identify the complex interactions of mechanical and biological responses. This work has aimed at setting the foundations of a non-linear material model for arterial viscoelastoplasticity. The model accounts for the composite structure of the vessel and its complex passive mechanical response to loading conditions. Long term failure of arterial structure has been modeled with a damage model. It can easily be extended to remodeling phenomenon. Much work has been done in the literature, but hardly few have been extensively studied with such diverse experimental data. A brief of continuum mechanics has been presented to make the terminology clear, and formulations extensively suitable to application of combined inflation/extension/torsion loads on thick-walled cylindrical tubes have been presented. In vitro experiments have been carried out with sheep arterial segments, and parameter fitting and theoretical stress analysis have been carried out. The work concludes with basic outcomes and some comments on future research topics.