Ho completato la mia esperienza alla conferenza “Computational Tissue Biomechanics: From in-vitro experiment to computational analysis“.
Il corso intoduce e applica agli strumento per lo stato dell’arte della meccanica del continuo per l’analisi dei tessuti biologici. È stato pensato per studenti magistrati e PhD con un certo background in ingegneria meccanica e meccanica del continuo.
Quindi il corso integrare teoria, metodi numerici ed esperimenti per la descrizione e l’analisi di tessuti biologici. Sono presenti diverse lezioni (18 ore) combinate con attività di lavoratorio (4 ore) e con atività di modellazione FEM (4 ore).
Il corso punta ad integrare conoscenze teoriche e pratiche. Gli studenti verrano divisi in gruppi e supervisionati dai dottorandi.
Biomechanics
Diversi esperti di biomeccanica da tutta l’Europa parleranno durante le conferenze.
T. Christian Gasser, KTH Royal Institute of Technology, Sweden
He holds a Master of Mechanical Engineering (1997) and a PhD in Civil Engineering (2001), both from Graz University of Technology, Austria. In 2008 Gasser accomplished his Habilitation in Solid Mechanics/Biomechanics at KTH. The development and application of advanced numerical techniques to solve realistic (bio)engineering and clinical problems, is Dr. Gasser’s main research objective.
Alain Goriely, University of Oxford, UK
He currently holds the chair of Mathematical Modelling and to become Director of the Oxford Centre for Collaborative Applied Mathematics (OCCAM).
Georges Limbert, University of Southampton, UK
He holds a Master in Engineering Mechanics (Toulouse, France) and a Research Master in Theoretical Mechanics (Bordeaux, France). He obtained a PhD in Computational Biomechanics from the University of Southampton in 2002 and is a Chartered Engineer and Member of the Institution of Mechanical Engineers (IMechE) since 2005. Dr. Limbert also sits on the board of the Engineering in Medicine and Health Division of the IMechE since 2004.
Gustavo Orozco, Lund University, Sweden
He holds a PhD in applied Physics with specialization in biomechanics from the University of Eastern Finland, Kuopio, Finland, where he also worked as a postdoctoral researcher (2020-2021). His research interest covers numerical drug delivery into brain tissue, musculoskeletal modeling of knee joint, and mechanobiological modeling of cartilage degeneration.
Hanna Isaksson, Lund University, Sweden
Prior to joining Lund University, Dr Isaksson spend three years as a post-doctoral researcher at the Biophysics of Bone and Cartilage research group at the University of Eastern Finland. Isaksson’s research area is primarily bone biomechanics and mechanobiology, focusing on functional imaging and statistical shape modeling of bone, characterization of bone damage and fracture mechanisms as well as on improvement of bone quality during fracture repair. She also has ongoing research in cartilage and tendon biomechanics and mechanobiology.
Stéphane Avril, Ecole des Mines de Saint-Etienne, France
He holds several visiting professorship, such as at Technical University Graz (2022), Technical University Vienna (2021), Yale University (2018, 2019). Dr. Avril’s research interest covers the mechanics of soft biological tissues, inverse problems and mechanobiology of the thoracic aorta. The goal of his research is to improve the treatment of cardiovascular diseases by assisting physicians and surgeons with biomechanical numerical simulation.
Svein Kleiven, KTH Royal Institute of Technology, Sweden
He is Director of the Doctoral Programs in Technology and Health and Applied Medical Engineering at KTH, and the Director of a Joint Doctoral Program between Karolinska Institute and KTH in Medical Technology. Dr. Kleiven’s research primarily focuses on head and neck injury prevention and improving the clinical neuro-surgery treatment results with simulations and innovations.
Calendar
- Gasser: Computational Continuum Biomechanics
- In vitro tissue testing
- FEM modeling
- KTH guided tour
- Goriely: tissue testing
- Isaksson: bone tissue
- In vitro tissue testing
- Limbert: skin tissue
- Orozco/Isaksson:tendon/ligament, cartilage
- Kleiven: brain tissue
- Gasser: blood vessel
- Avril: blood vessels
- Nobel Prize Museum tour
Venue
L’evento si svolge al campus principale del KTH, politecnico di Stoccolma, situato nella parte nord del centro città di Stoccolma.
Modellazione FEM
Il corso di modellazione preve l’analisi di un classico test di trazione biassiale. Viene modellato tramite COMSOL Multiphysics creando un quarto della geometria del campione e applicando uno spostamento imposto nei punti di aggancio.
Il tessuto viene descritto tramite l’energia di deformazione del modello di Yeoh considerando i parametri opportuni per il tessuto vascolare.
I risultati numerici si mostrano confrontabili con la soluzione analitica..
Laboratorio
I laboratorio prevede due diverse attività di test sul tessuto di un’aorta di maiale. Vengono effettuati sia un test di trazione biassiale si un test di frattura
I dati sperimentali devono poi essere fittati con quanto si ottiene dalle energie di deformazione selezionate per poter descrivere correttamente il modello ed i parametri costitutivi.
Vengono selezionati i modelli di Yeoh e Fung. I dati vengono fittati minimizzando la somma dei quadrati delle differenze tra il primo tensore di Piola Kirchoff tra i dati sperimenti e il modello sotto analisi.
\min\to\left[\sum_{k=1}^N\left(P_{k,j}(c_1,c_2)-P_{k,j}^{\mathrm{exp}} \right)\right]Dove P rappresenta il primo tensore di Piola Kirchoff per ogni direzione:
P_a^{\mathrm{exp}}={F_a\over H_0\cdot L_i};\quad P_c^{\mathrm{exp}}={F_c\over H_0\cdot L_i}E analitcamente e ricavabile considerando le condizioni di stress piano:
P_j={\partial \Psi\over \partial \lambda_i}-{\partial \Psi\over \partial \lambda_r} La minimizzazione numerica viene dunque effettuata con Matlab.
Il secondo esperimento prevede invece la un test di frattura per lo stesso tessuto. Viene quindi condotto un test di trazione uniassiale fino a portare il provino di aorta a frattura.
Viene anche applicata la tecnica DIC (digital image corelation) per valutare la deformazione superficiale del provino.
