基于超声波传播特性的无创颅内压监测系统数值模拟研究

发布时间：2017-12-25 11:33

  本文关键词：基于超声波传播特性的无创颅内压监测系统数值模拟研究　出处：《重庆大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：颅脑病变常常伴随着颅内压的增高，实现对颅内压的监测具有很高的临床应用意义。现今存在的颅内压监测技术大多数是有创监测，且应用比较广泛的几种无创监测技术也存在很多缺陷。近几年开始出现超声波监测颅内压的方法，由于其廉价、无损且设备简单等优点得到了广泛重视。现有的研究主要集中在超声波信号的散射与反射、电信号等方面，要实现对颅内压的无创实时监测，必须从本质上弄清楚超声波在颅脑内的传播特性。本文主要内容如下： （1）介绍了国内外关于颅内压监测的研究现状，探讨了目前颅内压监测技术的优点和不足之处。同时，介绍了超声波在生物组织病变检测上的应用，即通过超声波传播特性参数的变化来反映生物组织的病变。 （2）利用声弹性理论推导出运动方程在三轴等压下的波速与介质所受压力的关系，得到了用于有限元分析计算的等效刚度矩阵。分析了当超声波信号通过介质时，激励信号与响应信号会存在相位差，并推导出了相位差与波速的关系式。 （3）选取植物水凝胶材料琼脂制作成的琼脂块为实验对象，模拟超声波穿过受压脑组织的实验，得到了随着琼脂块受压增加超声波速降低的关系。建立琼脂块的线弹性有限元模型，利用ABAQUS软件对超声波在其中的传播特性进行了数值模拟，计算结果与实验值的误差很小。考虑实际脑组织具有粘性，建立具有粘弹性本构关系的脑组织有限元模型，同样可以得到超声波波速会随着脑组织受压增加而减小的关系。 （4）借鉴人体颅脑解剖学和人体颅内压增高的生理机制，建立了只包含与颅内压增高有密切关系的组织结构的简化颅脑模型，该模型由颅骨、脑组织和脑脊液组成。忽略颅骨的变形，假定颅腔内总体积不变，，颅内压变化使得脑脊液和脑组织所占体积的比例发生改变，通过对超声波在脑脊液和脑组织占体积比例模型中传播特性的数值模拟，得到了颅腔内脑脊液和脑组织所占体积变化与超声波传播特性改变之间的关系，从而间接获得了超声波接收处的相位差的改变与颅内压变化之间的关系，可以为超声波在颅内压无创监测中的应用提供理论依据。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R651.15;O426.9

【参考文献】

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本文编号：1332682