瘢痕组织的生物力学特性研究

发布时间：2017-04-18 10:04

  本文关键词：瘢痕组织的生物力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：瘢痕组织是创伤愈合过程中的必然产物。目前，关于瘢痕组织的发病原因并没有完全阐明，国内外对于此有很多种学说或者解释，但也均未得到公认。其中有一种观点为“机械学说”或者叫做“力学学说”，该学说认为，瘢痕组织的产生与受力有关，即伤口处所受到的较大的牵拉力。经临床病例研究表明，在伤口的愈合过程中可以导致瘢痕组织的形成。瘢痕组织的诱发因素有很多，其中伤口边缘的张力是刺激瘢痕增生的一种主要因素。临床上瘢痕组织的多发部位多是人体皮肤表面拉应力较大的区域，如前胸、下腹、耻骨上区等。因此，对瘢痕组织的力学性能进行测定，对生物力学和临床医学研究都具有非常重要的理论意义和实践意义。 本实验的瘢痕疙瘩样本均为手术中从患者身上取下，经患者同意后送到生物力学实验室。由于取下的瘢痕疙瘩形状并不规则，不符合实验要求。我们对实验标本进行了剪裁工作，将其制作成长宽比大于5:1的标准试件。同时记录试件的基本信息，包括患者信息、生长方向和取材时间等。然后将试件放入冷冻柜内冷藏，实验前24小时将试件取出，保证试件能够恢复到室温。 应力松弛，即以稳定的拉伸率将试件拉伸到某一阶跃载荷，在保持试件拉伸率不变的情况下，分析负载随时间的变化关系。为保证实验数据的完整性与稳定性，，本次试验采取的三级加载，同一试件分别加载到20N、30N、40N三次阶跃载荷，然后进行应力松弛，实验过程由计算机记录数据。实验结束后运用OriginPro软件提取出实验数据进行处理分析。对三组数据同时进行归一化处理，将阶跃载荷后的最大位移设为1，其余点均除以该值。将三级加载的数据导入到同一坐标系（横轴为时间，纵轴为位移），可以得到三条相近似的曲线。进行平均化处理得到的平均曲线作为该试件的松弛曲线。同样，将同类试件进行平均化处理即为该类试件的松弛曲线。 蠕变，即以某一特定速度将试件加载到某一阶跃载荷后保持该载荷大小不变记录位移—时间变化。与应力松弛相同，蠕变实验采用20N、30N、40N三级加载。运用OriginPro对三组数据进行归一化处理，将阶跃载荷设定为1，其余值均按该比例尺处理。截取曲线阶跃载荷点之后的部分，将三条曲线做平均化处理，得到的是该试件的蠕变曲线。 拉伸，在该实验中拉伸试验为破坏性实验。将试件装夹后以特定的载荷速率（本实验为5N/s）拉伸，直至拉断为止。计算机记录的数据为负荷和位移，利用OriginPro对数据进行处理，做出应力—应变曲线。然后截取试件拉伸的弹性阶段，也就是近似于直线阶段，进行线性拟合找出该线段的斜率也就是拟弹性模量E`。经过对样本的测试，本研究得出结论：瘢痕疙瘩的拟弹性模量远远小于人体正常皮肤的拟弹性模量（6%），断裂强度也仅为人体正常皮肤的5%。在人体正常皮肤的两个实验组的对照中我们可以认为，人体正常皮肤的力学性能与是否沿Langer线的走向密切相关，人体皮肤具有各项异性。同时，本研究也通过曲线拟合找到试件拉伸特性曲线的拟合方程，进一步全方位描述了瘢痕疙瘩与人体正常皮肤的拉伸特性和生物力学属性。 本构方程的非线性拟合。生物力学理论认为，知道了一种材料的本构方程便知道它的生物力学特性。为了对试件的生物力学特性有完整性的认识，本研究分别对每个试件进行了本构方程拟合以及参数求解。本研究采用的是冯元贞教授在《生物力学》中推导的关于皮肤的应力松弛本构方程与蠕变的本构方程。与其他研究中对于本构方程中的c,τ1,τ2,解法不同的是，本研究采用的是利用本构方程通过三个参数的控制对试验曲线进行非线性拟合。经多次迭代后如果的到的曲线与试验曲线高度拟合，便可认为该拟合曲线为该试件的本构方程曲线，同时得到c,τ1,τ2三个参数值。通过对瘢痕疙瘩和人体正常皮肤试件的本构方程的计算，得出结论：瘢痕疙瘩与人体正常皮肤的生物力学特性具有显著性差异。 本研究从生物力学特性的角度对瘢痕疙瘩进行了探讨。同时，通过本研究的的数据，我们也发现生物力学因素是瘢痕疙瘩形成的重要因素之一。同时通过对应力松弛曲线和蠕变曲线进行建模拟合，得出了瘢痕疙瘩和正常皮肤两种软组织的本构方程和特性参数，提供系统化、参数化的方法来评估方法。为未来的工作提供了参考，如瘢痕疙瘩的临床治疗中，对加压治疗压力值的选定等。 然而，但从生物力学特性的角度来讲，本研究仅宏观的对瘢痕疙瘩的力学特性进行了实验，并没有涉及微观的，如细胞力学的角度，对瘢痕疙瘩的生长状况和特性进行分析，如此等等。到目前为止，关于瘢痕疙瘩的发病机理尚不明确，在临床治疗中并没有一种疗效可靠且安全的方法。所以，单从生物力学的角度来讲，对瘢痕疙瘩的研究还有很多未知需要探索。在未来的科研过程中，我们将分别就各个方面开展不同的研究，同时对已知问题进行更加深入的探讨，为临床使用提供最佳的理论依据。
【关键词】：瘢痕组织 瘢痕疙瘩 应力松弛 蠕变 本构方程 弹性模量
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R622;R318.01
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 生物粘弹性固体10
• 1.2 瘢痕组织概述10-13
• 1.2.1 瘢痕组织的病理生理与临床表现11
• 1.2.2 瘢痕组织的发病阶段与病因11-12
• 1.2.3 瘢痕组织的治疗12-13
• 1.3 人体皮肤的生物力学特性13-16
• 1.3.1 应力—应变关系14-15
• 1.3.2 应力松弛15
• 1.3.3 蠕变15-16
• 第二章 瘢痕疙瘩与生物力学理论16-24
• 2.1 瘢痕疙瘩病因的机械学说16
• 2.2 生物力学的研究方法16-17
• 2.3 皮肤生物力学的本构理论17-18
• 2.4 生物材料的弹性理论18-24
• 2.4.1 生物软组织的粘弹性18-19
• 2.4.2 皮肤的粘弹性及拟弹性19-24
• 第三章 实验过程与数据24-52
• 3.1 瘢痕疙瘩的生物力学特性24-34
• 3.1.1 瘢痕疙瘩的松弛特性24-32
• 3.1.2 瘢痕疙瘩的蠕变特性32-33
• 3.1.3 瘢痕疙瘩的拉伸试验33-34
• 3.2 正常皮肤的生物力学特性34-52
• 3.2.1 正常皮肤的松弛特性34-40
• 3.2.2 正常皮肤的蠕变特性40-45
• 3.2.3 正常皮肤的拉伸特性45-52
• 第四章 实验结果与讨论52-90
• 4.1 本构方程拟合52-71
• 4.1.1 瘢痕疙瘩试件的本构方程52-58
• 4.1.2 正常皮肤试件的本构方程58-71
• 4.2 拉伸特性曲线拟合与拟弹性模量计算71-85
• 4.3 分析与讨论85-90
• 4.3.1 应力松弛、蠕变本构参数86-87
• 4.3.2 拉伸特性对比87-90
• 第五章 结论与展望90-92
• 5.1 结论90-91
• 5.2 展望91-92
• 参考文献92-97
• 致谢97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：314608