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：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)域的研究熱點之一。腦組織是人體中最神奇，同時又是最軟、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。大腦在撞擊過程中，會產(chǎn)生壓縮、拉伸、剪切變形，導(dǎo)致腦組織損傷。為了發(fā)展有效可靠的防護和預(yù)測措施，需要準(zhǔn)確地測試腦組織的力學(xué)性能，以建立合適的設(shè)計和分析模型。另外，隨著自動化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(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，實現(xiàn)對腦組織在外力作用下應(yīng)力和應(yīng)變的準(zhǔn)確預(yù)測。本文在調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞著“腦組織的力學(xué)性能”這個問題展開分析和研究。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：對腦組織白質(zhì)和灰質(zhì)進行系列拉伸、壓縮和拉伸一松弛試驗，結(jié)果顯示白質(zhì)和灰質(zhì)在拉伸試驗和壓縮試驗中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系均具有較強的率相關(guān)性且白質(zhì)的彈性模量高于灰質(zhì)(應(yīng)變率0025／s)。在拉伸松弛試驗中，相同初始應(yīng)變下，白質(zhì)的弛豫時間要長于灰質(zhì)，而初始應(yīng)變的改變對應(yīng)力衰減率的影響不明顯。針對白質(zhì)和灰

4、質(zhì)這些力學(xué)性能的差異，進行了腦組織力學(xué)性能機理的研究。通過差示掃描量熱法(DSC)分析白質(zhì)和灰質(zhì)試樣，分別計算焓變，發(fā)現(xiàn)在相變過程中灰質(zhì)要會比白質(zhì)耗散更多的能量。通過紅外光譜分析(FT瓜)發(fā)現(xiàn)白質(zhì)中的強極性基團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，將拉伸一松弛試驗數(shù)據(jù)擬合得到粘彈性