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Hyper-Viscoelastic Behavior of Healthy Abdominal Aorta - 02/06/16

Doi : 10.1016/j.irbm.2016.03.007 
E.-J. Courtial a, b, c , L. Fanton d , M. Orkisz b , P.C. Douek d , L. Huet c , R. Fulchiron e,
a Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS, Ingénierie des Matériaux Polymères, UMR5223, F-69622, Villeurbanne, France 
b Univ Lyon, CREATIS; CNRS UMR 5220; Inserm U1044; INSA-Lyon; Université Lyon 1, 69621 Villeurbanne, France 
c Département recherche et innovation, Segula Matra Technologies, Bron, France 
d Univ Lyon, CREATIS; CNRS UMR 5220; Inserm U1044; INSA-Lyon; Université Lyon 1; Hospices Civils de Lyon, 69621 Villeurbanne, France 
e Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Ingénierie des Matériaux Polymères, UMR5223, F-69622, Villeurbanne, France 

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Abstract

The aim of the present study was to define biomechanical parameters of the healthy human abdominal aorta, usable to develop materials for the aortic phantom production. Such phantoms used in the training of endovascular treatment must describe the same morphology and mechanical behavior properties as the patient's aorta. To accurately identify these biomechanical parameters, ex vivo experiments in uniaxial tensile and dynamic simple shear tests were performed on six human healthy abdominal aortas (6 males, between 12 and 69 years old). A solid generalized Maxwell model including Yeoh expression for the elastic part was used to describe the hyper-viscoelastic behavior of the aorta. The results obtained from uniaxial tensile tests show an exponential-like increase in stiffness, which can be described by three hyperelastic parameters ( ,   and  ). From dynamic shear experiments, the viscous part of the global biomechanical behavior was expressed in a specific angular-frequency range (1 to 315 rad/s). Three Maxwell elements ( ,  , and  ) put on three constant times ( ,  , and  ) respectively, were necessary to describe it. As this relatively high number of viscoelastic parameters may be difficult to control in the development of materials, we suggest defining the viscous behavior with the global viscosity   that combines the viscoelastic contributions of each Maxwell element. In conclusion, four biomechanical parameters:  ,  ,   and  , must be considered for the development of materials used in the aortic phantom production.

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Highlights

Tensile tests on healthy abdominal aorta tissues were performed.
Shear complex modulus of aorta tissues were measured.
A hyper-viscoelastic model was proposed.

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Keywords : Abdominal aorta, Hyper-viscoelasticity, Yeoh model, Aortic phantom, Generalized Maxwell model


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Vol 37 - N° 3

P. 158-164 - juin 2016 Retour au numéro
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