Resumen
Este estudio propone pruebas in vivo y diseño de experimentos para determinar la influencia de los factores experimentales en la respuesta mecánica de tejidos blandos. Los factores experimentales considerados son: temperatura ambiente (A) velocidad de indentación (B), temperatura del indentador (C), presión de bombeo (D) y activación muscular (E). Se desarrolló un método inverso con el fin de obtener las constantes para las ecuaciones constitutivas de un modelo biológico de multicapa (piel, hipodermis y músculo) a través del uso de pruebas de indentación en combinación con el método del elemento finito. Para cada combinación de los factores experimentales, se establecieron dos grupos de constantes del método inverso. Se obtuvieron dieciséis combinaciones de condiciones experimentales y sus correspondientes constantes para las ecuaciones constitutivas de Moorney-Rivlin, que se pueden usar en futuros modelos numéricos. El factor D y las interacciones de los factores ADE, CDE y ACDE fueron estadísticamente significativas con respecto a la respuesta mecánica de la piel. En consecuencia, se puede concluir que no hay actualmente una ecuación capaz de representar las propiedades mecánicas de la piel bajo las condiciones experimentales consideradas en este estudio.
Hussain SH, Limthongkul B, Humphreys TR. The Biomechanical Properties of the Skin, Dermatologic Surgery, 39: 193-203, 2013.
doi: 10.1111/dsu.12095
O’Hagan JJ, Samani A. Measurement of the hyperelastic properties of tissue slices with tumour inclusion, Physics in Medicine and Biology, 53: 7087-106, 2008.
doi: 10.1088/0031-9155/53/24/006
Grajo JR, Barr RG. Strain elastography for prediction of breast cancer tumor grades, Journal of Ultrasound in Medicine, 33: 129-34, 2014.
doi: 10.7863/ultra.33.1.129
Famaey N, Sloten JV. Soft tissue modelling for applications in virtual surgery and surgical robotics, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 11: 351-66, 2008.
doi: 10.1080/10255840802020412
Firooz A, Rajabi-Estarabadi A, Zartab H, Pazhohi N, Fanian F, Janani L. The influence of gender and age on the thickness and echo-density of skin, Skin Research and Technology, 23: 13-20, 2017.
doi: 10.1111/srt.12294
Rinnerthaler M, Duschl J, Steinbacher P, Salzmann M, Bischof J, Schuller M, Wimmer H, Peer T, Bauer JW, Richter K. Age-related changes in the composition of the cornified envelope in human skin, Experimental Dermatology, 22: 329-35, 2013.
doi: 10.1111/exd.12135
Woo MS, Moon KJ, Jung HY, Park SR, Moon TK, Kim NS, Lee BC. Comparison of skin elasticity test results from the Ballistometer® and Cutometer®, Skin Research and Technology, 20: 422-8, 2014.
doi: 10.1111/srt.12134
Sayed A, Layne G, Abraham J, Mukdadi O. Nonlinear characterization of breast cancer using multi compression 3D ultrasound elastography in vivo, Ultrasonics, 53: 979-91, 2013.
doi: 10.1016/j.ultras.2013.01.005
O’Hagan JJ, Samani A. Measurement of the hyperelastic properties of 44 pathological ex vivo breast tissue samples, Physics in Medicine and Biology, 54: 2557-69, 2009.
doi: 10.1088/0031-9155/54/8/020
Querleux B. Computational Biophysics of the Skin [Internet], Book, Pan Stanford Publishing, 2014.
doi: 10.1201/b17205
Agache PG, Monneur C, Leveque JL, Rigal J. De. Mechanical properties and Young’s modulus of human skin in vivo, Archives of Dermatological Research, 269: 221-32, 1980.
doi: 10.1007/BF00406415
Manschot JFM, Brakkee AJM. The measurement and modelling of the mechanical properties of human skin in vivo—II. The model, Journal of Biomechanics, 19: 517-21, 1986.
doi: 10.1016/0021-9290(86)90125-9
Hendriks FM, Brokken D, Oomens CWJ, Bader DL, Baaijens FPT. The relative contributions of different skin layers to the mechanical behavior of human skin in vivo using suction experiments, Medical Engineering & Physics, 28: 259-66, 2006.
doi: 10.1016/j.medengphy.2005.07.001
Diridollou S, Patat F, Gens F, Vaillant L, Black D, Lagarde JM, Gall Y, Berson M. In vivo model of the mechanical properties of the human skin under suction, Skin Research and Technology, 6: 214-221, 2000.
doi: 10.1034/j.1600-0846.2000.006004214.x
Bader DL, Bowker P. Mechanical characteristics of skin and underlying tissues in vivo, Biomaterials, 4: 305-8, 1983.
doi: 10.1016/0142-9612(83)90033-9
Pailler-Mattei C, Bec S, Zahouani H. In vivo measurements of the elastic mechanical properties of human skin by indentation tests, Medical Engineering & Physics, 30: 599-606, 2008.
doi: 10.1016/j.medengphy.2007.06.011
Ní Annaidh A, Bruyère K, Destrade M, Gilchrist MD, Otténio M. Characterization of the anisotropic mechanical properties of excised human skin, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 5: 139-48, 2012.
doi: 10.1016/j.jmbbm.2011.08.016
Groves RB, Coulman SA, Birchall JC, Evans SL. An anisotropic, hyperelastic model for skin: Experimental measurements, finite element modelling and identification of parameters for human and murine skin, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 18: 167-80, 2013.
doi: 10.1016/j.jmbbm.2012.10.021
Groves R. Quantifying the mechanical properties of skin in vivo and ex vivo to optimise microneedle device design, Cardiff University, 2012.
Hrapko M, van Dommelen JAW, Peters GWM, Wismans JSHM. The influence of test conditions on characterization of the mechanical properties of brain tissue, Journal of Biomechanical Engineering, 130: 31003-10, 2008.
doi: 10.1115/1.2907746
Ottensmeyer MP, Kerdok AE, Howe RD and Dawson SL. The Effects of Testing Environment on the Viscoelastic Properties of Soft Tissues, In: Cotin S, and Metaxas D, editors, Medical Simulation, Springer Berlin Heidelberg, Cambridge, USA, p. 9-18, 2004.
doi: 10.1007/978-3-540-25968-8_2
Cua AB, Wilhelm KP, Maibach HI. Elastic properties of human skin: relation to age, sex, and anatomical region, Archives of Dermatological Research, 282: 283-8, 1990.
doi: 10.1007/BF00375720
Alexander H, Cook T. Variations with age in the mechanical properties of human skin in vivo, Bed Sore Biomechanics, Macmillan Education UK, London, p. 109-17, 1976.
doi: 10.1007/978-1-349-02492-6_15
Hendriks FM, Brokken D, Oomens CWJ, Baaijens FPT. Influence of hydration and experimental length scale on the mechanical response of human skin in vivo, using optical coherence tomography, Skin Research and Technology, 10: 231-41, 2004.
doi: 10.1111/j.1600-0846.2004.00077.x
Delalleau A, Josse G, Lagarde JM, Zahouani H, Bergheau JM. Characterization of the mechanical properties of skin by inverse analysis, Journal of Biomechanics, 39: 1603-10, 2006.
doi: 10.1016/j.jbiomech.2005.05.001
Mesa Múnera E. Characterization of brain tissue phantom using an indentation device and inverse finite element parameter estimation algorithm [Internet], Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, 2011.
Isaza J, Mariaka I, Ramírez J. Characterization of mechanical properties by finite element method inverse analysis combined with indentation test, DYNA (Colombia), 80: 2013.
Isaza López JA, Ramírez Patiño JF. Incidence of Temperature and Indenter Diameter on the Mechanical Response of Skin During Indentation Test, Procedia Engineering, 110: 45-50, 2015.
doi: 10.1016/j.proeng.2015.07.008
Montgomery DC. Design and Analysis of Experiments. 7th ed., John Wiley & Sons, New York, USA, 2008.
Kakitsuba N, White MD. Effect of change in ambient temperature on core temperature during the daytime, International Journal of Biometeorology, 58: 901-7, 2014.
doi: 10.1007/s00484-013-0673-8
Song GS, Lim JH, Ahn TK. Air conditioner operation behaviour based on students’ skin temperature in a classroom, Applied Ergonomics, Elsevier Ltd., 43: 211-6, 2012.
doi: 10.1016/j.apergo.2011.05.009
Portnoy S, Siev-Ner I, Yizhar Z, Kristal A, Shabshin N, Gefen A. Surgical and Morphological Factors that Affect Internal Mechanical Loads in Soft Tissues of the Transtibial Residuum, Annals of Biomedical Engineering, 37: 2583-605, 2009.
doi: 10.1007/s10439-009-9801-3
Abellan MA, Feulvarch E, Zahouani H, Bergheau JM. Numerical simulation of in vivo indentation tests: determination of the mechanical properties of human skin, 21ème Congrès Français de Mécanique, Bordeaux, France, 2013.
La Revista Universitas Scientiarum se encuentra bajo la licencia Creative Commons: Reconocimiento – No comercial - Sin obras derivadas 2.5 de Colombia. En consecuencia, se puede reproducir, distribuir y comunicar públicamente esta obra en formato digital, siempre que se reconozca el nombre del autor(es) y a la Pontificia Universidad Javeriana. No se permite el uso comercial de esta obra. No se permite la modificación de la obra original, ni la distribución de copias modificadas.
__________________________________________________________________
Universitas Scientiarum, Journal of the Faculty of Sciences, Pontificia Universidad Javeriana, is licensed under the Creative Commons 2.5 of Colombia: Attribution - Noncommercial - No Derivative Works. Thereupon, this work can be reproduced, distributed and transmitted publicly in digital format, provided the author(s) and the Pontificia Universidad Javeriana are acknowledged. Commercial use of this work is prohibited, as is the modification of the original work, and the distribution of modified copies
_________________________________________________________________
LICENCIA - PUJ
Ciudad y país: Bogotá, Colombia
Fecha: Fecha del día de firma
Señor Rector
Joaquín Emilio Sánchez
Representante Legal
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
Bogotá D.C.
Ref: Licencia de uso parcial
En mi calidad de autor exclusivo de la obra y/o Artículo de título: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________. por medio del presente documento expresamente autorizo a la Pontificia Universidad Javeriana para que, en desarrollo de la presente licencia de uso parcial, pueda ejercer sobre mi obra las atribuciones que se indican a continuación, teniendo en cuenta que en cualquier caso, la finalidad perseguida siempre será facilitar, difundir y promover el aprendizaje, la enseñanza y la investigación.
Así las cosas, las facultades de uso temporal y parcial que por virtud de la presente licencia se autorizan son:
1. La publicación en LA REVISTA UNIVERSITAS SCIENTIARUM, VOL No. Año No. de pág.____ de acuerdo con las condiciones internas que la Universidad ha establecido para estos efectos.
2. La edición o cualquier otra forma de reproducción, incluyendo la posibilidad de trasladarla al sistema digital, y la puesta a disposición de la obra en internet.
3. La inclusión en cualquier otro formato o soporte como multimedia, colecciones, recopilaciones, bases de datos, revistas electrónicas, libros digitales y en general, servir de base para cualquier otra obra derivada en formato análogo o digital.
4. La comunicación pública y difusión de la obra por cualquier procedimiento o medio conocido o por conocer.
5. La transformación mediante la traducción en el idioma inglés de la obra, para ser publicada y reproducida en formato análogo o digital.
6. La inclusión de la obra en los índices y buscadores que estimen necesarios para promover esta publicación, en bases de datos y en sitios web, sean éstos onerosos o gratuitos, existiendo con ellos previo convenio perfeccionado con la Pontificia Universidad Javeriana para efectos de satisfacer los fines previstos. En estos eventos, tales sitios y sus usuarios tendrán las mismas facultades que las aquí concedidas para la referida universidad, con las mismas limitaciones y condiciones.
De acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi obra sea explotada únicamente por la Pontificia Universidad Javeriana o con quien ella tenga convenios de difusión en formato digital o en línea para efectos de que pueda ser consultada y reproducida vía internet, autorizando el otorgamiento de sub-licencias gratuitas como las licencia Creative Commons de: Atribución – Sin derivar – No Comercial, en las condiciones aquí establecidas y para los fines señalados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes.
De manera complementaria, garantizo que la obra es producto de mi plena y exclusiva autoría, como resultado de mi creación original particular; y, que además, no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados dados los fines previstos; ni tampoco contiene declaraciones difamatorias contra terceros, respetando su derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto que no contempla expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres.
Por tanto, garantizo que dada mi calidad de autor exclusivo de la obra, he sido el único titular de los correspondientes derechos patrimoniales sobre la misma. Así las cosas, si eventualmente existiese un tercero que pretendiere alegar mejor derecho sobre la misma, de modo que LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA se pudiere ver afectada por tal reclamación, me comprometo, sin restricción alguna, a sanear cualquier situación irregular, asumiendo los valores y conceptos que le hubieren correspondido pagar o que le llegaren a exigir a esta última, así como a indemnizarla por cualquier perjuicio que por tal motivo se le hubiere causado.
En ese orden de ideas, sin perjuicio de los usos otorgados en desarrollo de este convenio, el suscrito –en mi calidad de autor- así como cualquier otro eventual titular que llegare a existir, continuaremos conservando los correspondientes derechos sin modificación o restricción alguna, puesto que de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación del derecho de autor y de sus conexos.
Cordialmente:
FIRMA (AUTOR) ……
___________________________________
Autor: NOMBRE LEGIBLE (AUTOR ) ……
C.C.
Aceptamos,
Editores
Pontificia Universidad Javeriana
Vo. Bo. _____________________________
NOTA: Esta licencia debe ser impresa, firmada por cada autor por separado (una licencia por autor) y enviada a la Carrera 7 No 43-82, Edificio 52, Oficina 627. Ello durante el proceso de corrección de galera y antes de que se publique el artículo.