Characterization of frequency-dependent material properties of human liver and ıts pathologies using an ımpact hammer

Abstract

Bütün haldeki insan karaciğeri için kullanılan frekansa bağlı malzeme özelliği karakterizasyon yöntemleri henüz yeteri kadar geliştirilememiştir. Literatürde sağlıklı veya hastalıklı insan karaciğerine ait dinamik elastik modülüs değerleri neredeyse hiç bulunmamaktadır. Biz bu çalışmamızda, darbe çekici cihazının bütün haldeki insan karaciğerinin frekansa bağlı dinamik malzeme özelliklerini kolay ve etkin bir şekilde karakterize edebildiğini gösteriyoruz. Bu yöntem, el ile kontrol edilen darbe çekici cihazı ile organa uygulanan çok hafif bir vurma işleminden ibarettir. On beş karaciğer hastasından alınan organlar ile vakit kaybetmeden gerçekeştirilen deneylerimiz sonucunda, bu önerilen yöntemin başarılı bir şekilde fibroz seviyelerini ayırt edebildiği gözlenmiştir. Yaptığımız çalışma sonucunda sağlıklı ve fibrotik karaciğerlerin elastik modülüs değerlerinin 0 ile 100 Hz frekans aralığında, sırasıyla 10 ile 20 kPa ve 20 ile 50 kPa değerleri arasında değiştiğini göstermiş bulunuyoruz

The current methods for characterization of frequency-dependent material properties of a whole human liver are very limited. In fact, there is almost no data available in the literature for the dynamic elastic modulus of healthy or diseased of human liver. We show that frequency-dependent dynamic material properties of human liver can be easily and more efficiently characterized by an impact hammer. The procedure only involves a light impact force applied to the organ by a hand-held hammer. The results of our experiments performed on 15 human livers freshly harvested from liver patients show that the proposed approach can successfully differentiate their level of fibrosis. We found that the elastic moduli of healthy and fibrotic livers vary from 10 to 20 kPa and 20 to 50 kPa for the frequency range of 0 to 100 Hz, respectively.