心肌对于保证心脏的搏动是至关重要的。人类最常见的死亡原因就是心脏疾病,如舒张性心力衰竭。这种疾病的病理生理学与心肌组织中弹性成分的变化相关,因此量化心室壁应力对于了解正常和病态的心室机械行为非常重要。目前,研究的重点是开发计算模型和仿生材料,以便更好地理解和治疗心脏疾病。本文主要围绕以下几个部分展开讨论:(1)在本次研究中利用Humphrey的伪应变能函数来表征左心室心肌的被动双轴力学特性。应变能公式的具体函数形式为描述有限变形的两个坐标不变量和五个材料参数组成的多项式。在应变能函数中,心肌被假设是不可压缩、伪弹性和横观各向同性的。研究采用非线性最小二乘法对来自左心室心尖处的心肌进行参数拟合并从双轴数据中确定材料参数的最佳拟合值。这个伪应变能函数被发现可以较好地拟合双轴力学数据(r~2?0.98)。另外,本文考虑到肌纤维角度对样本实际受力的影响,对该模型进行了纤维角度的推广。(2)实验探究了冷冻储藏对心肌组织的力学性能是否有影响,我们将冷冻48小时前后的心肌组织进行双轴力学特性实验,研究并分析冷冻前后的样本在纤维和交叉纤维方向上各参数有无不同。分析的参数有峰值拉伸比、预加载拉伸比、力学拉伸比、高应力区域的弹性模量、低应力区域的弹性模量、延展性指数和各向异性指数。本研究的主要发现包括:(i)组织可扩展性的变化在统计学上不显著,新鲜组织比冷冻组织略硬,各向异性更强;(ii)新鲜组织和冷冻组织的应力松弛行为的差异较小,冷冻组织的松弛程度略有降低。结果综合表明,冷冻储藏对观察到的心肌组织的力学性能没有显著影响。(3)为完全理解心脏力学,需要对心脏每一层的生物力学行为进行量化。本文从猪的左心室获得心肌和心外膜样本,对它们进行平面等双轴力学实验,通过对比心肌与心外膜的应力-应变关系,实验发现:与大多数软组织相似,心外膜表现出非线性的材料特性、迟滞和各向异性,并且能够承受明显的平面内载荷,并表现出与心肌明显不同的材料行为。