عنوان پایان‌نامه
مدل‌سازی میکرو مکانیکی الاستیک و ویسکو الاستیک و تحلیل مکانیکی بافت مغز با توزیع غیرهمگن رشته‌های عصبی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2260;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56406
- تاریخ دفاع
- ۲۵ دی ۱۳۹۱
- دانشجو
- محمد سهیلی پور
- استاد راهنما
- محمدحسن نائی
- چکیده
- طبیعت مخرب آسیب¬های منتشر اکسانی، در چند دهه¬ی اخیر، محققان را متقاعد ساخته است تا تلاش-های خود را بر روی ابعاد مختلف این پدیده¬ی آسیب¬شناختی متداول آسیب¬های ترومایی مغز، متمرکز سازند. در این پایان نامه، یک روش بر مبنای روش المان محدود به منظور مدل¬سازی و تحلیل بخش-هایی از بافت مغز که توزیع پیچیده¬ی رشته¬های عصبی در ماتریس¬ برون سلولی دارند، پیشنهاد و معرفی شده است. این مدل بر اساس سلول¬های عصبی کشت شده¬ی بخش هیپوکامپس بافت مغز موش ایجاد شده است تا با بهره¬گیری از روش میکرومکانیک، نقش موثر میکروساختار بافت مغز در خواص مکانیکی کلی و پاسخ محلی آن به بارگذاری¬های خارجی را بررسی نماید. کسرحجمی و توزیع رشته-های عصبی، به عنوان در ویژگی مهم میکروساختار بافت مغز، مورد مطالعه قرار گرفته¬اند. توزیع¬های متفاوت رشته¬های عصبی که شامل توزیع نامنظم رشته¬های عصبی به صورت موازی با یکدیگر و توزیع کاملا نامنظم آن¬ها بدون هیچ¬گونه جهت¬گیری مشخص می¬شود، با یکدیگر در تاثیر بر خواص کلی و رفتار محلی بافت مقایسه شده¬اند. طبق نتایج، بافت مغز در قسمت¬هایی که توزیع کاملا نامنظمی از رشته¬های عصبی را دارا هستند، به صورت کاملا ایزوتروپ رفتار می¬کند. به علاوه مشاهده شد که رفتار محلی بافت به شدت به میکروساختار آن وابسته است. این موضوع، اهمیت در نظر گرفتن میکروساختار بافت در مطالعات آسیب¬های منتشر اکسانی را به وضوح بیان می¬سازد؛ چراکه این آسیب-ها اساسا به آسیب¬های میکرومکانیکی رشته¬های عصبی اطلاق می¬شود. در ادامه، خواص ویسکوالاستیک اجزای تشکیل دهنده¬ی بافت وارد مدل شد تا رفتار زمانی بافت نیز مورد مطالعه قرار گیرد. بر طبق نتایج به دست آمده، بخش¬هایی از مغز که توزیع نامنظمی از رشته¬های عصبی دارند، توانایی میرایی بیشتری نسبت به بخش¬های با توزیع منظم¬تر، دارند. به علاوه، با اعمال بارگذاری¬های سریع در 5 تا 50 میلی¬ثانیه، مشاهده شد که تنش بیشینه¬ در بافت شدیدا با افزایش نرخ بارگذاری افزایش می¬یابد.
- Abstract
- Devastating nature of Diffuse Axonal Injury (DAI) has convinced researchers in the past few decades to focus their efforts on different aspects of this common pathological feature of Traumatic Brain Injury (TBI). A Finite Element (FE) based method is presented in this work to model and analyze regions of brain tissue which exhibit the most heterogeneous distribution of axons inside Extracellular Matrix (ECM). Based on a dissociated culture of rat hippocampal neurons, a micromechanical approach is implemented to investigate the influential role of brain tissue microstructure on its overall properties and local response to externally applied loadings. Axon volume fraction and axon distribution, as two key features of brain microstructure, are investigated. In addition, different distributions of axons, i.e. longitudinally oriented axons of brainstem and heterogeneous distribution of axons with no preferred orientation in regions like hippocampus, are compared in the case of overall properties and local behavior. It is observed that brain tissue exhibits isotropic behavior in regions that depict heterogeneous distribution of axons. It is concluded that the local behavior of the tissue is highly dependent on its microstructure. This implies the essential consideration of tissue microstructure in DAI studies, since DAI is primarily regarded as micromechanical injuries on axons. In addition, viscoelastic properties of the constituents are implemented in the model to investigate time-dependent behavior of the tissue. It is observed that regions of brain tissue with heterogeneous distribution of axons dampen external loadings much faster compared to regions with regular geometry of axon distribution. Subjecting the model to external loadings in 5ms to 50ms, the maximum stress induced in the tissue increases significantly in higher load rates.
