Estudo de modelos bifásicos para representação do comportamento mecânico de tendões

Abstract

Recentemente se tem obtido modelos cada vez mais realísticos do comportamento mecânico dos mais variados tecidos que compõem o corpo humano. Dentre estes tecidos pode se destacar o tendão, pois por sofrer um grande esforço mecânico esta suscetível a várias formas de lesões. O desenvolvimento de modelos capazes de representar o seu comportamento mecânico ajudaria profissionais de saúde no tratamento e prevenção de lesões. Neste sentido, os modelos bifásicos têm sido usados com sucesso na simulação de tecidos hidratados, dentre o qual está incluído o tendão. Este trabalho teve como objetivo o estudo de modelos constitutivos bifásicos e sua capacidade de representação do comportamento mecânico de tendões. Foi realizado a implementação dos modelos bifásico poroelástico (BPE) e bifásico poroviscoelástico (BPVE) via elementos finitos. Testes numéricos de relaxação foram efetuados de forma a validar a implementação e melhor compreender a resposta mecânica de ambos os modelos. Para demonstrar a capacidade destes em simular o comportamento de tendões foi realizado um ensaio de tração com carga cíclica em uma amostra de tendão flexor suíno, e os resultados obtidos foram usados em um algoritmo de ajuste de parâmetros. O resultado do ajuste demostrou a vantagem do modelo BPVE em comparação ao modelo BPE, por efeito de levar em consideração a viscosidade intrínseca da matriz sólido do tecido.

Recently, more and more realistic models of the mechanical behavior of the most varied tissues that make up the human body have been obtained. Among these tissues the tendon stands out, due to the great mechanical effort it suffers, being susceptible to various forms of injury. Thus, the development of models capable of representing their mechanical behavior would help health professionals in the treatment and prevention of injuries. In this sense, biphasic models have been used successfully in the simulation of hydrated tissues, among which the tendon is included. This work had the objective to study biphasic constitutive models and their capacity to represent the mechanical behavior of tendons. The biphasic poroelastic model (BPE) and biphasic porovisoelastic model (BPVE) were implemented via the finite element method. Numerical relaxation tests were performed in order to validate the implementation and better understand the mechanical response of both models. To demonstrate their ability to simulate tendon behavior, a cyclic load tensile teste was performed on a sample of swine flexor tendon, and the results were used in a parameter adjustment algorithm. The result of the adjustment demonstrated the advantage of the BPVE model compared to the BPE model, by taking into account the intrinsic viscosity of the solid matrix of the tissue.