喉环状软骨的生物力学数值模拟与实验研究

发布时间：2017-08-17 07:15

  本文关键词：喉环状软骨的生物力学数值模拟与实验研究

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【摘要】：人的呼吸和发音离不开喉组织内部的环状软骨、甲状软骨及关节。每年喉癌、喉挫伤的患者大约有136000例，但是医疗设备及条件的局限性，对于患者往往实施喉头切除术，再植入人工喉假肢。在喉头切除术中，喉组织内部的一些正常软骨组织也会被切除，这种大面积切除往往会造成患者的二次创伤，人体也对喉假肢产生免疫排斥。然而组织工程的出现，增材制造的研究逐渐深入，在生物医学工程领域探索出一个新的组织器官移植修复方法，即利用增材制造制备支架代替缺损组织。 本文首先利用三维重建软件MIMICS将CT扫描正常人的颈部图像数据进行预处理，反求出完整相连的环状软骨、甲状软骨以及关节的组织模型。然后对这个组织模型分离和光滑处理，获取高精度的环状软骨和甲状软骨三维模型，并设计重建环甲关节组织模型，由整体到局部完成两个软骨和关节的建模，提高建模效率和精度。 对于环状软骨模型力学研究，模拟环状软骨在临床手术中的受力情况。固定环状软骨弓下端，沿环状软骨板方向对环状软骨施加垂直向下的载荷，最终得出环状软骨风险骨折范围和非均质制造数据。对于甲状软骨力学研究，分别模拟其在外界撞击事故和声带张力调节下的受力情况，得出甲状软骨容易骨折部位，验证了聚氨酯材料的力学特性是可以满足软骨支架的要求。 针对支架制备中出现的一些问题，，本文还对MEM-300-II型高温沉积制造设备进行性能的调试优化。对于制备出松散的失败支架问题，通过分层控制处理方法来解决。对推杆送料机构进行了调试，并改进调试中发现的问题，从而稳定精确的实现送料均匀。然后对于喷头温度波动造成的喷嘴堵塞和聚氨酯浆料烧焦问题，进行分析和解决。针对喷头扫描的线宽太细甚至拉断等问题，通过反复试验，得出送料速度和喷头扫描速度的对应关系，保证扫描的线宽均匀。在支架制备过程中，稳定的送料和出丝是支架制备的重要基础，层层堆积中材料粘连性是支架制备的关键因素。 最后本文利用快速成型工艺，将重建出来的环状软骨模型导入MEM-300-II型设备制备环状软骨支架，并研究分析了支架和设备的不足和需要更加完善的地方，便于后续相关研究。
【关键词】：组织工程 环状软骨 支架 调试 有限元分析
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.01
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 组织工程简介12-15
• 1.2.1 组织工程概述12-14
• 1.2.2 组织工程支架的应用14-15
• 1.3 RP 技术15-19
• 1.3.1 RP 的简介15-18
• 1.3.2 RP 的应用18-19
• 1.4 国内外现状19-20
• 1.5 本文的主要研究内容及意义20-22
• 1.5.1 研究的目的和意义20-21
• 1.5.2 主要研究内容21-22
• 第2章 环状软骨和甲状软骨的建模研究22-31
• 2.1 环状软骨和环甲软骨的结构22-23
• 2.2 CT 成像原理23-24
• 2.3 软骨的三维重建24-30
• 2.3.1 MIMICS 软件三维建模原理24-25
• 2.3.2 软骨及关节模型的三维重建25-28
• 2.3.3 模型的分离和环甲关节的设计28-29
• 2.3.4 环状软骨模型面网格优化29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 环状软骨模型有限元分析31-37
• 3.1 有限元分析流程31-32
• 3.2 ANSYS 软件力学研究原理32
• 3.3 环状软骨有限元模型的建立32-33
• 3.3.1 单元选择32-33
• 3.3.2 体网格划分33
• 3.4 材料和载荷设定33-34
• 3.5 结果与讨论34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 甲状软骨的力学研究37-43
• 4.1 引言37
• 4.2 甲状软骨有限元模型的建立37-38
• 4.3 甲状软骨板的力学分析38-40
• 4.3.1 条件设定38-40
• 4.3.2 结果与讨论40
• 4.4 环甲关节面的受力分析40-42
• 4.4.1 条件设定41
• 4.4.2 结果与讨论41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 MEM 原理和设备调试43-51
• 5.1 引言43
• 5.2 MEM 工艺原理43-44
• 5.3 模型分层处理44-46
• 5.4 MEM 设备的调试46-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第6章 支架制备及优化设想51-54
• 6.1 引言51
• 6.2 环状软骨支架制备51-52
• 6.3 支架和设备的优化设想52-53
• 6.4 结果及讨论53-54
• 第7章 总结与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 附录62

【参考文献】

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本文编号：687711