تعیین خواص مکانیکی بافت مغز بر مبنای ریزساختار بافت

تعیین رفتار مکانیکی بافت مغز یکی از مورد نیازترین و پیچیده ترین مباحث در بیومکانیک می باشد. مدلسازی مکانیکی بافت مغز به دلیل کاربردهای متنوع در پزشکی مانند مطالعه هیدرسفالی، جراحی رباتیک، برنامه ریزی عمل جراحی، سیستم های آموزش جراح و شبیه سازی ضربه مغزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مغز یک ماده بسیار ناهمگن با مشخصه های ریزساختار پیچیده می باشد. ماده خاکستری و سفید مغز موادی پیچیده می باشند. در نظر گرفتن ریزساختار بافت مغز با استفاده از مکانیک محیط پیوسته مرتبه بالا تاثیرات مهمی بر روی مشخصه های ماکروسکوپیک و همچنین تعیین کمیت های پیوستگی در نواحی مهم مغز ( به عنوان نمونه در اطراف بطن ها)دارد. این مطالعه، در جهت بررسی تاثیر ریزساختار بافت مغز در رفتار مکانیکی آن در انجام شد. در این تحقیق، برای اولین بار، آزمایشات در جهت بررسی تاثیر اندازه نمونه ها بر رتفار بافت مغز در فشار، انجام گرفته است. همچنین، برای نخستین بار قوانین مربوط به مواد کامپوزیت و تیوری پیوستگی میکروپولار برای تعیین بیومکانیک مغز به کار گرفته شدند. برای تعیین خواص الاستیک موثر صفحه ای ماده سفید سیستم عصبی مرکزی (cns)، یک مدل ماده مرکب تقویت شده با فیبر میکروپلار، که از فیبرهای آکسونی الاستیک که با یک ماتریس میکروپلار احاطه شده، استفاده شد. برای تعیین خواص الاستیک موثر ماده خاکستری cns، روش همگن سازی دو مرحله ای بر اساس مدل کامپوزیت چند فازی ریزساختار سه بعدی mori-tanka/voigt که آکسون های الاستیک، دندریت ها و جسم های سلولی به صورت نامنظم در آن جهت گیری کرده اند و توسط ماده زمینه در بر گرفته شده اند به کار گرفته شد. تاثیرات ریز ساختار بر مدول الاستیک موثر با مقایسه نتایج تیوری های پیوستگی کلاسیک و میکروپولار بررسی گردید. نشان داده شده است که بدلیل قابل مقایسه بودن اندازه فیبرها با طول مشخصه ماتریس، ماده cns از آنچه توسط تیوری محیط پیوسته کلاسیک (که قادر به در نظر گرفتن خصوصیات ریزساختار ماده نیست)، سخت تر است. نتایج بدست آمده از این تحقیق، می توانند در جهت گیری تلاش های آینده در زمینه مرتبط ساختن ریزساختار به رفتارهای ماکروسکوپیک بافت مغز مفید بوده و پایه ای برای نسل جدیدی از مدلهایی باشد که بر مبنای تیوری محیط پیوسته میکروپلار و در جهت پیش بینی پاسخ بافت مغز و دیگر بافت ها به بارهای مکانیکی اعمالی، بنا شده باشند.