MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017164690
■00520250211153032
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798346857129
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31636221
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aWang,  Ziwei.▼0(orcid)0000-0003-2451-8691
■24510▼aOptical  Coherence  Elastography:  Methodology  for  Viscoelastic  Characterization
■260    ▼a[Sl]▼bNorthwestern  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a136  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Balogun,  Oluwaseyi.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Northwestern  University,  2024.
■520    ▼aUnderstanding  the  viscoelastic  properties  of  soft  materials  and  biological  tissues  is  essential  for  applications  such  as  optimizing  bioprocesses  to  manufacture  biofilms,  designing  crosslinking  surgeries  for  corneal  tissues,  etc.  Traditional  rheological  testing  methods,  such  as  shear  rheometry  and  dynamic  tensile  tests,  are  only  capable  of  bulk  viscoelastic  characterizations  at  low  frequencies  (100  Hz)  at  room  temperature.  Furthermore,  they  are  not  suitable  for  spherical  beads  or  in-vivo  tissues  characterizations.  Shear  wave  based  optical  coherence  elastography  (OCE)  relies  on  interferometry  and  localize  shear  wave  measurements  at  high  frequencies  (up  to  ~10  kHz),  is  an  emerging  non-destructive  technique  to  characterize  soft  material  viscoelastic  properties.  However,  existing  OCE  methods  often  assume  simplistic  rheological  behavior  over  wide  frequency  ranges  and  frequently  overlook  shear  wave  amplitude  decay  related  to  viscous  energy  loss,  leading  to  incomplete  viscoelastic  property  estimations.This  thesis  develops  and  validates  advanced  viscoelastic  characterization  methodologies  by  integrating  OCE  with  finite  element  analysis  (FEA)  for  nondestructive,  localized  assessment  of  soft  materials.  Specifically,  we  enhanced  OCE  techniques  by  implementing  a  frequency-domain  measurement  approach  that  captures  both  shear  wave  speed  and  amplitude  decay  over  a  wide  frequency  range  (1-10  kHz).  This  advancement  allows  for  the  estimation  of  frequency-dependent  shear  storage  (G')  and  loss  (G'')  moduli,  providing  detailed  viscoelastic  spectra  of  the  materials  studied.  High  spatial  resolution  (ranging  from  100  µm  to  10  mm)  was  achieved,  enabling  detection  of  local  variations  in  elastic  and  viscoelastic  properties  within  heterogeneous  materials.  FEA  wave  propagation  models  were  developed,  incorporating  hyperelasticity  (using  the  Yeoh model  for  large  deformations),  generalized  viscoelasticity  (through  generalized  Maxwell  models),  and  shear  anisotropy  to  simulate  materials  such  as  corneal  tissues.The  methodologies  were  applied  to  granular  biofilms,  polyvinyl  alcohol-sodium  alginate  (PVA-SA)  hydrogels,  porcine  corneal  tissues,  and  the  soft  silicone  elastomer  (EcoFlex  0010).  For  biofilms,  the  study  reveals  a  moderate  inverse  relationship  between  biofilm  size  (diameter  from  0.5  mm  to  2  mm)  and  near-surface  shear  modulus,  with  cross-sectional  measurements  indicating  decreasing  modulus  from  biofilm  surface  to  core,  indicating  material  heterogeneity.  In  PVA-SA  hydrogels,  Young's  modulus  depends  on  both  pH  and  polymerization  time.  Higher  crosslinking  density  is  led  to  increased  stiffness  of  hydrogel  beads.  In  corneal  tissues,  the  developed  shear-orthotropic  viscoelastic  models  account  for  the  corneal  shear-anisotropy  that  is  sensitive  to  elastic  wave  propagation  speed  and  modes.  Frequency  dependent  shear  storage  and  loss  moduli  of  cornea  increase  with  intraocular  pressures  (10  mmHg  -  35  mmHg),  indicating  strong  nonlinear  behavior  of  cornea.  For  the  polymeric  sample,  the  integration  of  Yeoh  hyperelastic  model  and  generalized  Maxwell  viscoelastic  modeling  captures  the  wave  speeds  and  decay  factors  under  various  stretch  ratios  (1  to  2),  highlighting  the  need  for  hyperelastic  viscoelastic  models  when  dealing  with  large  static  deformations  in  OCE  measurements  of  soft  materials.The  findings  demonstrate  that  combining  frequency-domain  OCE  with  generalized  viscoelastic  numerical  modeling  provides  a  robust  framework  for  the  accurate  viscoelastic  characterization  of  soft  materials.  By  addressing  limitations  in  existing  OCE  methods  -  specifically,  the  assumption  of  simplistic  rheological  behavior  and  neglect  of  amplitude  decay  -  our  approach  enables  detailed  viscoelastic  property  estimation  over  a  wide  frequency  range,  accounting  for  complex  material  behaviors  such  as  anisotropy  and  nonlinear  elasticity.  The  methodologies  developed  have significant  potential  to  inform  biofilm  engineering  practices,  enhance  corneal  health  diagnostics  and  treatment  planning,  and  improve  the  design  and  characterization  of  soft  materials  in  biomedical  and  environmental  engineering  applications.
■590    ▼aSchool  code:  0163.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aOphthalmology
■650  4▼aPolymer  chemistry
■653    ▼aOptical  coherence  elastography
■653    ▼aBiological  tissues
■653    ▼aFinite  element  analysis
■653    ▼aViscoelasticity
■653    ▼aHyperelastic  model
■690    ▼a0548
■690    ▼a0381
■690    ▼a0495
■71020▼aNorthwestern  University▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-06B.
■790    ▼a0163
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164690▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서