腦組織力學(xué)性能的研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文腦組織力學(xué)性能的研究Mechanicalpropertiesofbraintissue作者姓名：昱樊學(xué)科、專業(yè)：工捏左堂學(xué)號(hào)：21墨Q3Q!魚完成日期：201666大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要生物軟組織力學(xué)性能是力學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。腦組織是人體中最神奇，同時(shí)又是最軟、最脆弱的器官。由于撞擊引起的外傷性腦損傷是導(dǎo)致死亡或嚴(yán)重殘疾的主要原因之一

2、，例如，日常生活中磕碰、跌落、車禍等事故。大腦在撞擊過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生壓縮、拉伸、剪切變形，導(dǎo)致腦組織損傷。為了發(fā)展有效可靠的防護(hù)和預(yù)測(cè)措施，需要準(zhǔn)確地測(cè)試腦組織的力學(xué)性能，以建立合適的設(shè)計(jì)和分析模型。另外，隨著自動(dòng)化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展，也需要基于腦組織力學(xué)性能給出的理論分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)腦組織在外力作用下應(yīng)力和應(yīng)變的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。本文在調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞著“腦組織的力學(xué)性能”這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)分析和研究。鑒于腦組織白質(zhì)和

3、灰質(zhì)混合試件并不能準(zhǔn)確的反映腦組織的力學(xué)性能，利用自行研制的微創(chuàng)醫(yī)用往復(fù)切割裝置制備純白質(zhì)、灰質(zhì)試件。探究白質(zhì)和灰質(zhì)在力學(xué)性能上的區(qū)別。主要內(nèi)容如下：對(duì)腦組織白質(zhì)和灰質(zhì)進(jìn)行系列拉伸、壓縮和拉伸一松弛試驗(yàn)，結(jié)果顯示白質(zhì)和灰質(zhì)在拉伸試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系均具有較強(qiáng)的率相關(guān)性且白質(zhì)的彈性模量高于灰質(zhì)(應(yīng)變率0025／s)。在拉伸松弛試驗(yàn)中，相同初始應(yīng)變下，白質(zhì)的弛豫時(shí)間要長(zhǎng)于灰質(zhì)，而初始應(yīng)變的改變對(duì)應(yīng)力衰減率的影響不明顯。針對(duì)白質(zhì)和灰

4、質(zhì)這些力學(xué)性能的差異，進(jìn)行了腦組織力學(xué)性能機(jī)理的研究。通過(guò)差示掃描量熱法(DSC)分析白質(zhì)和灰質(zhì)試樣，分別計(jì)算焓變，發(fā)現(xiàn)在相變過(guò)程中灰質(zhì)要會(huì)比白質(zhì)耗散更多的能量。通過(guò)紅外光譜分析(FT瓜)發(fā)現(xiàn)白質(zhì)中的強(qiáng)極性基團(tuán)和氫鍵的存在提高了白質(zhì)生物分子間的相互作用，降低了生物分子的柔順度，解釋為什么白質(zhì)的能量耗散能力要低于灰質(zhì)。最后，使用Matlab軟件將不同應(yīng)變率下腦組織的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到超彈性力學(xué)本構(gòu)模型，將拉伸一松弛試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到粘彈性