皮肤在不同的冲击器尺寸和加载速度的穿孔期间的组织学和机械行为
Joseph LeSueur1,2, Jared Koser2,3, William Dzwierzynski4
1Joint Department of Biomedical Engineering, Marquette University and Medical College of Wisconsin, Milwaukee, USA.
Annals of biomedical engineering
|March 7, 2025
概括
皮肤厚度和粗撞击器尺寸显著影响穿孔阻力和故障机制. 较高的负载率会增加力和刚性,影响皮肤.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 皮肤病学 皮肤病学
背景情况:
- 皮肤的层次结构提供了机械保护,在张力下研究了粘性弹性和异构性.
- 之前的刺穿研究经常使用皮肤模拟剂,缺乏自然张力和可变厚度.
研究的目的:
- 定义皮肤在不冲击穿刺过程中的机械行为和故障值.
- 为了研究不同冲击器尺寸和加载速度对皮肤穿孔的影响.
主要方法:
- 用3mm,5mm或8mm球形冲击器对232个猪皮肤样本进行了穿孔测试.
- 测试包括预先调节,次故障和故障试验,负载速度从5到1000毫米/秒.
- 一般化的线性混合模型分析了影响穿孔概率的重要因素.
主要成果:
- 增加皮肤厚度显著增强了硬度,失效力和应变能量,同时减少了失效位移.
- 一个8毫米冲击器导致了显著更大的力,位移,应变能量和故障时的刚性.
- 较高的负载速率 (1000 mm/s) 增加了故障力和刚性,但减少了位移.
- 3D-DIC菌株映射显示出异构性行为,较大的伤口与8毫米冲击器有关.
- 组织学分析显示了原重新调整和网状皮肤的初始失败,其次是乳头皮肤和表皮肤.
结论:
- 从这些穿孔测试中获得的故障指标为开发防护服提供了有价值的数据.
- 这些发现可以改进模拟冲击下的皮肤机制的计算模型.
- 结果有助于法医科学应用与皮肤创伤相关的进步.
