腦組織力學性能的研究.pdf

1、碩士學位論文腦組織力學性能的研究Mechanicalpropertiesofbraintissue作者姓名：昱樊學科、專業(yè)：工捏左堂學號：21墨Q3Q!魚完成日期：201666大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要生物軟組織力學性能是力學、醫(yī)學、材料等領域的研究熱點之一。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致死亡或嚴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，導致腦組織損傷。為了發(fā)展有效可靠的防護和預測措施，需要準確地測試腦組織的力學性能，以建立合適的設計和分析模型。另外，隨著自動化技術和虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)療領域的發(fā)展，也需要基于腦組織力學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力和應變的準確預測。本文在調研國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，圍繞著“腦組織的力學性能”這個問題展開分析和研究。鑒于腦組織白質和

3、灰質混合試件并不能準確的反映腦組織的力學性能，利用自行研制的微創(chuàng)醫(yī)用往復切割裝置制備純白質、灰質試件。探究白質和灰質在力學性能上的區(qū)別。主要內容如下：對腦組織白質和灰質進行系列拉伸、壓縮和拉伸一松弛試驗，結果顯示白質和灰質在拉伸試驗和壓縮試驗中的應力應變關系均具有較強的率相關性且白質的彈性模量高于灰質(應變率0025／s)。在拉伸松弛試驗中，相同初始應變下，白質的弛豫時間要長于灰質，而初始應變的改變對應力衰減率的影響不明顯。針對白質和灰

4、質這些力學性能的差異，進行了腦組織力學性能機理的研究。通過差示掃描量熱法(DSC)分析白質和灰質試樣，分別計算焓變，發(fā)現(xiàn)在相變過程中灰質要會比白質耗散更多的能量。通過紅外光譜分析(FT瓜)發(fā)現(xiàn)白質中的強極性基團和氫鍵的存在提高了白質生物分子間的相互作用，降低了生物分子的柔順度，解釋為什么白質的能量耗散能力要低于灰質。最后，使用Matlab軟件將不同應變率下腦組織的拉伸試驗數(shù)據(jù)擬合得到超彈性力學本構模型，將拉伸一松弛試驗數(shù)據(jù)擬合得到粘彈性