簡介
編輯軟組織是指體內所有未因骨化或鈣化過程而硬化的組織,如骨骼和牙齒。 軟組織連接、包圍或支撐內部器官和骨骼,包括肌肉、肌腱、韌帶、脂肪、纖維組織、淋巴和血管、筋膜和滑膜。
組成
編輯軟組織細胞外基質內部的特征物質是膠原蛋白、彈性蛋白和基質。 正常情況下,由于基質的存在,軟組織非常水合。 成纖維細胞是負責產生軟組織纖維和基質的最常見細胞。 成纖維細胞的變異,如成軟骨細胞,也可能產生這些物質。
機械特性
編輯在小應變下,彈性蛋白賦予組織剛度并儲存大部分應變能。 膠原纖維相對不可伸長,通常松散(波浪形、卷曲)。 隨著組織變形的增加,膠原蛋白在變形方向上逐漸被拉伸。 當繃緊時,這些纖維會產生組織硬度的強烈增長。 復合材料的行為類似于尼龍長襪,其橡皮筋起到彈性蛋白的作用,而尼龍起到膠原蛋白的作用。 在軟組織中,膠原蛋白限制變形并保護組織免受傷害。
人體軟組織是高度可變形的,其機械性能因人而異。 沖擊測試結果表明,測試對象組織的剛度和阻尼阻力與撞擊物體的質量、速度和大小相關。 當誘發挫傷時,這些特性可能對法醫調查有用。 當固體物體撞擊人體軟組織時,撞擊的能量會被組織吸收,以減輕撞擊的影響或疼痛程度; 具有更多軟組織厚度的受試者傾向于以更少的厭惡來吸收沖擊。
軟組織有可能發生大變形,并且在卸載時仍會恢復到初始配置,即它們是超彈性材料,并且它們的應力-應變曲線是非線性的。 軟組織也是粘彈性的、不可壓縮的并且通常是各向異性的。 在軟組織中可觀察到的一些粘彈性特性是:松弛、蠕變和滯后。 為了描述軟組織的機械響應,已經使用了幾種方法。 這些方法包括:基于應變能的超彈性宏觀模型、使用非線性本構方程的數學擬合,以及線性彈性材料的響應通過其幾何特性進行修改的基于結構的模型。
偽彈性
即使軟組織具有粘彈性,即作為應變率函數的應力,它也可以在負載模式預處理后通過超彈性模型來近似。 在加載和卸載材料的一些循環之后,機械響應變得與應變率無關。
S = S ( E , E ˙ ) → S = S ( E ) {\displaystyle \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} ,{\dot {\mathbf { E} }})\quad \rightarrow \quad \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} )}
盡管應變率獨立,但預處理的軟組織仍然存在滯后現象,因此機械響應可以建模為在加載和卸載時具有不同材料常數的超彈性。 通過這種方法,彈性理論被用來模擬非彈性材料。 Fung 將此模型稱為偽彈性模型,以指出該材料并非真正具有彈性。
殘余應力
在生理狀態下,軟組織通常存在殘余應力,當組織被切除時,殘余應力可能會釋放。 生理學家和組織學家必須意識到這一事實,以避免在分析切除組織時出錯。 這種收縮通常會導致視覺偽影。
真菌彈性材料
Fung 開發了一個預處理軟組織的本構方程,它是
W = 1 2 [ q + c ( e Q ? 1 ) ] {\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[q+c\left(e{Q}-1 是的是的]}
和
q = a i j k l E i j E k l Q = b i j k l E i j E k l {\displaystyle q=a_{ijkl}E_{ij}E_{kl}\qquad Q=b_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}
二次形式的格林-拉格朗日應變 E i j {\displaystyle E_{ij}} 和 a i j k l {\displaystyle a_{ijkl}} , b i j k l {\displaystyle b_{ijkl}} 和 c {\displaystyle c} 材料常數 . W {\displaystyle W} 是每體積單位的應變能函數,它是給定溫度下的機械應變能。
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