基于有限元分析的脑深部刺激电极颅内穿刺机理研究
发布时间：2021-08-23 14:35
脑深部刺激手术的成功率很大程度上取决于手术医师的熟练度和技巧,手术过程缺乏穿刺理论指导,且脑组织内部不可透视,穿刺设备对脑组织造成的影响在现实中很难研究,手术医师需要力学知识的引导。针对以上问题,本文结合实际手术条件,对手术过程进行了仿真模拟,对穿刺设备和脑组织之间的交互作用进行了研究。参考标准人头颈部断层扫描图谱,创建了各部分脑组织的立体模型,规划了颅内最佳穿刺路径;分析了脑组织刺破前/后套管针对脑组织的作用形式,对脑组织刺破过程进行了仿真分析,揭示了脑组织刺破机理;对穿刺路径上的脑组织进行了解剖学测量,得到了各部分脑组织厚度,建立了脑组织穿刺区域简化模型并对套管针进针进行了仿真研究,证明了该过程不会对靶点中心位置产生影响;建立了电极-脑组织动力学模型,对探测电极进针、抽针和刺激电极进针过程进行了仿真模拟,得出了手术过程靶点位移准确数据;分析和总结了电极下移的数据和原因,建立了刺激电极-脑组织静力学有限元模型并对电极下移过程进行了仿真模拟,总结得出了电极下移量和丘脑底核下移量的联系和规律。利用mimics软件蒙版编辑功能实现了白质和灰质蒙版的分离,建立了脑组织有限元基础模型。参考了神...
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脑深部刺激手术原理图
第一章绪论4SilviaBudday等[32]对新鲜的离体牛脑组织进行了一系列的压痕松弛实验，并采用不同直径的压头，直径分别为0.75mm、1.00mm、1.25mm和1.50mm；对牛脑组织灰质和白质组织进行了区分，研究证明在五天时间范围内对保存完好并补充水分的牛脑组织不会出现明显的机械性能改变；白质平均模量为1.895kPa±0.592kPa，平均比灰质硬39％，灰质平均模量为1.389kPa±0.289KPa，区域差异性较大。图1-2为作者拟合出的灰质和白质的剪切松弛模量变化曲线：其中，黑色曲线为平均值，灰色区域为标准差。G.summer等人[33]分别对真实的人脑的胼胝体(CC)、放射冠(CR)、基底神经节(BG)和皮层(c)进行了分区域的组织力学实验，通过一系列剪切压缩和拉伸实验表明，人脑组织为非线性粘弹性材料；通过数据测试，比较了五种常用的非线性本构模型，分别为neo-Hookean,、MooneyRivlin,、Demiray、GentandOgden，结果证明只有单项Ogden模型能很好的表征复合载荷下的超弹性模型，本构模型为：2321/)3(2Ogd（1-1）图1-2灰质和白质的剪切松弛模量变化曲线[32]表1-1三阶Prony级数参数值[31]
第一章绪论6CharlotteA.Guertler等人[35]对猪脑组织分别进行了体内和体外两种情况下的磁共振弹性成像处理，该技术是将设备获取的材料弹性信息转换成人类可以识别的彩色图像，多应用于组织病变分析。该研究分别用80Hz、100Hz和125Hz频率对猪脑组织进行测量，分别揭示了脑组织的粘弹性行为，并说明活体大脑组织比离体样本更硬。图1-4为实验获得的材料信息光谱图。1.2.2脑组织建模研究现状随扫描技术的发展，颅脑有限元模型已越来越接近真实，目前接近真实解剖结构的颅脑有限元模型多应用于碰撞损伤分析中。建立的模型一般都包括颅骨、脑脊液，灰质和白质，模型建立基于颅脑骨窗扫描图，脑组织及内部核团不会很精确，图1-3应力曲线和非线性粘弹性模型[34]图1-4猪脑材料信息光谱图[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]帕金森病并发症的临床分析[J]. 徐春华. 当代医学. 2016(31)
[2]不同载荷作用下头部生物力学响应仿真分析[J]. 毛征宇,李泽民,牛文鑫,蔡志华. 医用生物力学. 2016(06)
[3]帕金森病外科治疗研究进展[J]. 王遣,魏新亭. 河南医学研究. 2016(01)
[4]运动障碍病脑深部电刺激手术的并发症分析[J]. 张宇清,李建宇,李继平,王云鹏,刘畅,李勇杰. 临床神经外科杂志. 2016(01)
[5]药物治疗帕金森病的进展[J]. 黄宇. 黑龙江医学. 2015(02)
[6]帕金森病外科治疗研究进展[J]. 帅松岳,靳令经. 外科研究与新技术. 2014(01)
[7]帕金森病外科治疗现状及进展[J]. 顾芳,赵淑芹,张宸豪. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(15)
[8]大脑组织分层体网格建立及变形技术研究[J]. 陈春晓,王睿,彭娴璐,吴佳妮. 南方医科大学学报. 2011(10)
[9]柔性针穿刺路径规划综述[J]. 张永德,赵燕江,涂飞,陈浩,张艳华. 哈尔滨理工大学学报. 2011(04)
[10]脑深部电刺激术在中国的发展现状[J]. 张建国,马羽,刘焕光. 中国神经精神疾病杂志. 2009(07)
硕士论文
[1]脑深部刺激微电极穿刺灰白质仿生组织研究[D]. 李丽红.山东大学 2016
[2]人体颌面部软硬组织三维建模及其有限元分析[D]. 尹璐璐.第四军医大学 2010
本文编号：3358051
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脑深部刺激手术原理图
第一章绪论4SilviaBudday等[32]对新鲜的离体牛脑组织进行了一系列的压痕松弛实验，并采用不同直径的压头，直径分别为0.75mm、1.00mm、1.25mm和1.50mm；对牛脑组织灰质和白质组织进行了区分，研究证明在五天时间范围内对保存完好并补充水分的牛脑组织不会出现明显的机械性能改变；白质平均模量为1.895kPa±0.592kPa，平均比灰质硬39％，灰质平均模量为1.389kPa±0.289KPa，区域差异性较大。图1-2为作者拟合出的灰质和白质的剪切松弛模量变化曲线：其中，黑色曲线为平均值，灰色区域为标准差。G.summer等人[33]分别对真实的人脑的胼胝体(CC)、放射冠(CR)、基底神经节(BG)和皮层(c)进行了分区域的组织力学实验，通过一系列剪切压缩和拉伸实验表明，人脑组织为非线性粘弹性材料；通过数据测试，比较了五种常用的非线性本构模型，分别为neo-Hookean,、MooneyRivlin,、Demiray、GentandOgden，结果证明只有单项Ogden模型能很好的表征复合载荷下的超弹性模型，本构模型为：2321/)3(2Ogd（1-1）图1-2灰质和白质的剪切松弛模量变化曲线[32]表1-1三阶Prony级数参数值[31]
第一章绪论6CharlotteA.Guertler等人[35]对猪脑组织分别进行了体内和体外两种情况下的磁共振弹性成像处理，该技术是将设备获取的材料弹性信息转换成人类可以识别的彩色图像，多应用于组织病变分析。该研究分别用80Hz、100Hz和125Hz频率对猪脑组织进行测量，分别揭示了脑组织的粘弹性行为，并说明活体大脑组织比离体样本更硬。图1-4为实验获得的材料信息光谱图。1.2.2脑组织建模研究现状随扫描技术的发展，颅脑有限元模型已越来越接近真实，目前接近真实解剖结构的颅脑有限元模型多应用于碰撞损伤分析中。建立的模型一般都包括颅骨、脑脊液，灰质和白质，模型建立基于颅脑骨窗扫描图，脑组织及内部核团不会很精确，图1-3应力曲线和非线性粘弹性模型[34]图1-4猪脑材料信息光谱图[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]帕金森病并发症的临床分析[J]. 徐春华. 当代医学. 2016(31)
[2]不同载荷作用下头部生物力学响应仿真分析[J]. 毛征宇,李泽民,牛文鑫,蔡志华. 医用生物力学. 2016(06)
[3]帕金森病外科治疗研究进展[J]. 王遣,魏新亭. 河南医学研究. 2016(01)
[4]运动障碍病脑深部电刺激手术的并发症分析[J]. 张宇清,李建宇,李继平,王云鹏,刘畅,李勇杰. 临床神经外科杂志. 2016(01)
[5]药物治疗帕金森病的进展[J]. 黄宇. 黑龙江医学. 2015(02)
[6]帕金森病外科治疗研究进展[J]. 帅松岳,靳令经. 外科研究与新技术. 2014(01)
[7]帕金森病外科治疗现状及进展[J]. 顾芳,赵淑芹,张宸豪. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(15)
[8]大脑组织分层体网格建立及变形技术研究[J]. 陈春晓,王睿,彭娴璐,吴佳妮. 南方医科大学学报. 2011(10)
[9]柔性针穿刺路径规划综述[J]. 张永德,赵燕江,涂飞,陈浩,张艳华. 哈尔滨理工大学学报. 2011(04)
[10]脑深部电刺激术在中国的发展现状[J]. 张建国,马羽,刘焕光. 中国神经精神疾病杂志. 2009(07)
硕士论文
[1]脑深部刺激微电极穿刺灰白质仿生组织研究[D]. 李丽红.山东大学 2016
[2]人体颌面部软硬组织三维建模及其有限元分析[D]. 尹璐璐.第四军医大学 2010
本文编号：3358051
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