Biomechanical characterization of porcine retina

This thesis project deals with the retina and, in particular, focuses on the study of its biomechanical properties. This desire arises from considerations regarding a very specific pathological condition in which the mechanics of the tissue is directly involved: the detachment of the retina. Knowing the mechanical properties of the tissue therefore means having the possibility to implement pre-existing surgical techniques, to create new ones or to generate computational models that mimic the behavior of the tissue in its healthy and pathological state. To do this, uniaxial tensile tests were carried out in various conditions. At first the tests were carried out on retinal samples with optic nerve and without optic nerve with a first test machine (TC3F, EBERS). Subsequently, tests on samples without optic nerve were also carried out with a second machine (EnduraTEC, BOSE). For both types of test the stress-strain curves were plotted and the biomechanical parameters of interest were calculated: Young's modulus, yield stress, stress at break and strain at break. Finally, following some differences in the values of the biomechanical parameters calculated with the two different protocols, it was considered appropriate to carry out a further analysis: Digital Image Correlation (DIC), which allows to estimate the deformation fields of a sample subjected to stress through an image analysis. Our final results are in line with those in the literature that define the retina as a tissue with a biomechanical behavior characterized by a short elastic phase followed by a larger plastic.

Questo progetto di tesi si occupa della retina e, in particolare, si concentra sullo studio delle sue proprietà biomeccaniche. Questa volontà nasce da considerazioni in merito ad una ben precisa condizione patologica in cui la meccanica del tessuto è direttamente coinvolta: il distacco di retina. Conoscere le proprietà meccaniche del tessuto significa quindi avere la possibilità di implementare tecniche chirurgiche preesistenti, di crearne di nuove o di generare modelli computazionali che mimino il comportamento del tessuto nel suo stato sano e patologico. Per fare questo sono state svolte prove a trazione uniassiale in diverse condizioni. In un primo momento i test sono stati svolti su campioni di retina con nervo ottico e senza nervo ottico con una prima macchina da test (TC3F, EBERS). Successivamente le prove su campioni senza nervo ottico sono state svolte anche con un secondo macchinario (EnduraTEC, BOSE). Per entrambi i tipi di prova sono state plottate le curve sforzo-deformazione e calcolati i parametri biomeccanici di interesse: modulo di Young, sforzo di snervamento, sforzo a rottura e deformazione a rottura. Infine, a seguito di alcune differenze nei valori dei parametri biomeccanici calcolati con i due diversi protocolli si è ritenuto opportuno svolgere un’ulteriore analisi: Digital Image Correlation (DIC), che permette di stimare i campi di deformazione di un campione sottoposto a sollecitazione tramite un’analisi dell’immagine. I nostri risultati finali sono in linea con quelli presenti in letteratura che definiscono la retina un tessuto con un comportamento biomeccanico caratterizzato da una breve fase elastica seguita da una plastica più ampia.