Estudo do comportamento mecânico de ligamentos e tendões utilizando medição ótica

Abstract

As propriedades biomecânicas de tecidos vivos obtidos a partir de medições experimentais são essenciais para resolver uma grande variedade de problemas, incluindo a concepção de dispositivos médicos, a simulação do comportamento de tecidos e a avaliação da eficácia de tratamentos cirúrgicos. Particularmente, a resposta dos ligamentos e dos tendões frente a cargas mecânicas é valiosa para compreender o papel dessas estruturas nas articulações e para avaliar quais são os tipos de materiais de enxerto que seriam mais adequados para a sua substituição. Não obstante, a determinação do comportamento mecânico dos ligamentos e dos tendões tem sido um desafio por causa de fatores biológicos e fatores experimentais que limitam a precisão e a confiabilidade da coleta de dados. O objetivo deste estudo é desenvolver uma metodologia para obtenção de parâmetros de um modelo de material, necessários para simular o comportamento mecânico do tecido. A relação de tensão-deformação é obtida a partir de medição óptica dos deslocamentos do espécime usando correlação de imagens digitais (DIC) durante o teste de tração uniaxial. A metodologia (ex-vivo) foi aplicada sobre tendões flexores digitais profundos e os dados experimentais foram utilizados para identificar os parâmetros de um modelo constitutivo viscoelástico que foi capaz de reproduzir o comportamento do tendão na gama fisiológica de funcionamento.

Biomechanical property of living tissues derived from experimental measurements is essential to a wide range of problems including the design of medical devices, the simulation of tissues behavior, and the evaluation of surgical treatments efficacy. Particularly, the response of ligaments and tendons to mechanical loads is valuable to understand the role of these structures on the human joint functions and for evaluating which types of graft material would be the best suited for their replacement. However, the determination of mechanical behavior of ligaments and tendons has been challenging because of the many biologic and experimental testing factors limiting the accuracy and reliability of the data collection. The objective of this study is to developing a methodology to obtain parameters of a model of material required to simulate the mechanical behavior of tissue. The stress-strain relation is obtained from optical measurement of displacement DIC (digital image correlation) during uniaxial tensile testing of the specimen. The methodology was applied on ex-vivo suine deep digital flexor tendons and the experimental data were used to identify the variational parameters of viscoelastic constitutive model able to track the behavior of the deep digital flexor tendon in the physiological range.