Abstract
The low strain-rate behavior of the human myometrium under compression was determined. To this end, uniaxial, unconstrained compression experiments were conducted on a total of 25 samples from three excised human uteri at strain rates between 0.001 s-1 and 0.008 s-1. A three-dimensional finite element model of each sample was created and used together with an optimization algorithm to find material parameters in an inverse estimation process. Friction and shape irregularities of samples were incorporated in the models. The uterine specimens in compression were modeled as viscoelastic, non-linear, nearly incompressible and isotropic continua. Simulations of uniaxial, frictionless compressions of an idealized cuboid were used to compare the resulting material parameters among each other. The intra- and inter-subject variability in stiffness of specimens was found to be large and to cover such a wide range that the effect of anisotropy which is of minor influence under compressive deformations in the first place could be neglected. Material parameters for a viscoelastic model based on a decoupled, reduced quadratic strain-energy function were presented for the uterine samples representing a median stiffness.
Zusammenfassung
Diese Studie hatte zum Ziel, das Verhalten von menschlichem Myometrium bei geringen Dehnungsgeschwindigkeiten unter Kompression zu bestimmen. Dazu führten wir einaxiale Druckversuche an 25 Proben von 3 exzidierten Uteri mit niedrigen Dehngeschwindigkeiten zwischen 0,001 s-1 und 0,008 s-1 durch. Von jeder Probe wurde ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell erstellt, und mit einem inversen Optimierungsalgorithmus konnten daraus Materialparameter bestimmt werden. Unregelmäßigkeiten der Probengeometrie und die Reibung zwischen Probe und Platten fanden im Modell Berücksichtigung. Die Uterusproben wurden als viskoelastische, nicht-lineare, fast inkompressible und isotrope Kontinua modelliert. Die resultierenden Materialparameter wurden anhand von Simulationen einaxialer, reibungsfreier Druckversuche an einer idealisierten rechteckigen Probe untereinander verglichen. Die Resultate zeigten eine enorme Variabilität bezüglich der Steifigkeit sowohl innerhalb eines Organs als auch zwischen verschiedenen Uteri. Das Ausmass der Variabilität der Parameterwerte war so groß, dass der Einfluss der Anisotropie, welcher unter kompressiver Belastung ohnehin gering ist, vernachlässigt werden konnte. Schliesslich wurden Materialparameter von Samples mit einer medianen Steifigkeit präsentiert. Diese Parameter beschrieben ein viskoelastisches Modell, das auf einer entkoppelten, reduzierten, quadratischen Verzerrungsenergie-Funktion basiert.
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