Effect of preservation time on the dynamic material properties of soft tissues in livertransplantation

Abstract

Bu çalışmamızda, darbe ve sıkıştırma-bekletme (stres gevşemesi) deneyleri kullanılarak viskoelastik bir model yardımı ile büyük baş hayvanların karaciğerlerinde saklama koşullarının dinamik malzeme özellikleri üzerindeki etkisini inceledik. Öncelikle, darbe çekici cihazı kullanarak büyük baş hayvan karaciğerinin frekansa bağlı depo ve kayıp modülü değerlerini buluyoruz. İkinci olarak, karaciğerin zamana bağlı gevşeme modülü değerlerini, önceden tasarladığımız kompresyon aletini kullanarak sıkıştırma-bekletme deneyleri sonucunda buluyoruz. Üçüncü olarak, karaciğerin frekansa ve zamana bağlı dinamik tepkilerini başarılı bir şekilde simüle eden genelleştirilmiş Maxwell modeli kullanıyoruz. Bu modeli kullanmamızın amacı, deneysel sonuçlar ve modelden hesaplanan tepki arasındaki hatayı minimize ederek Maxwell elemanlarının sayısını (N) ve viskoelastik malzeme katsayılarını belirlemektir. Son olarak, deneklerden rezekte edilmiş karaciğerler üzerinde 1, 2, 4, 8, 12, 18, 24, 36 ve 48 saatlik deneyler yapılarak, belirlenen malzeme modeli katsayılarının organ saklama zamanına bağlı değişimleri incelenmiştir. Üç farklı hayvan kullanılarak yapılan deneyler sonucunda dokunun saklama zamanı arttıkça sertleştiği ve viskozitesinin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, bu sonuçlar büyük baş hayvan karaciğerinin organ saklama zamanına göre viskoelastik tepkilerinin değişimini doğrusal model ile incelemenin uygun olduğunu göstermiştir.

We investigate the effect of preservation time on the dynamic material properties of bovine liver using a viscoelastic model derived from the impact and ramp and hold experiments. First, we measure the storage and loss moduli of the bovine liver as a function of frequency using an impact hammer. Second, the time-dependent relaxation modulus of the liver is measured via the ramp and hold experiments performed with a separate compression device. Third, a generalized Maxwell solid model that successfully simulates the frequency and time-dependent dynamic response of the liver is developed to estimate the number of Maxwell arms (N) in the model and the viscoelastic material coefficients by minimizing the error between the experimental data and the corresponding values generated by the model. Finally, the changes in the estimated material coefficients are investigated as a function of preservation time for liver samples tested 1, 2, 4, 8, 12, 18, 24, 36 and 48 hrs after harvesting. The results of the experiments performed with three different animals show that the tissue becomes stiffer and more viscous as the preservation time increases. The results also suggest that a linear model is appropriate for investigating the effect of preservation time on the viscoelastic response of bovine liver.