动脉血管和粥样硬化斑块的力学性能研究

发布时间：2017-08-26 11:43

  本文关键词：动脉血管和粥样硬化斑块的力学性能研究

  更多相关文章： 猪胸主动脉 残余应力 颈动脉斑块 AFM力学压痕测试

【摘要】：心血管疾病是严重威胁人类健康的疾病之一。动脉粥样硬化是心血管疾病中最常见的疾病,包括冠心病、脑卒中和发生于其他动脉的粥样硬化性血管疾病。本文针对动脉血管生物力学特性,利用力学实验和数值分析的方法,分别研究了正常的猪胸主动脉血管残余应力和动脉粥样硬化病变的人颈动脉血管不同位置(或组分)的力学性能。针对正常的猪胸主动脉血管残余应力,将无载荷状态的血管沿轴向剪开,由于残余应力的存在,血管会张开一个角度,静置一段时间后这一角度会逐步稳定,这个状态为零应力状态；相反,如果将处于零应力状态的张开血管,通过施加一个等效的位移使其恢复到无载荷状态,那么,通过近似等效的原则,可反算出血管的残余应力。基于此思路,该部分选取5条猪的胸主动脉血管,从近心端到远心端依次选择5组(每组2个),共50个样本。先将剪开后的血管通过截面染色,确定零应力状态样本的二维几何形状。然后,通过相机对染色截面进行拍照并将血管点数据导入到ABAQUS建模并分析,材料本构模型采用与真实材料拉伸数据拟合的2阶Ogden模型。结果表明：由于截面自平衡原理,血管壁环向残余应力表现出内侧受压、外侧受拉的特点；由于近心端受到心脏泵送血液的力学作用较大,其残余应力要大于远心端残余应力；不同的开口位置血管壁内的残余应力基本相同。针对动脉粥样硬化病变的人颈动脉血管力学性能,本部分通过人体颈动脉内膜剥脱术,获得病变的动脉粥状硬化斑块,并在术后4h内,对斑块进行包埋,-40℃环境保存以备实验。然后,采用HE染色、改良油红O染色、Masson三色染色三种方法分别对斑块冰冻切片进行染色,将斑块分为纤维帽区域、脂质池区域和正常组织区域。最后,在斑块组分划分的基础上,使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope)对斑块样本各组分分别进行压痕实验。结果显示：由于纤维帽受力学刺激较大并可能发生钙化,斑块纤维帽区域杨氏模量较大,质地较硬,且离散度较大；脂质区域杨氏模量最小且离散度较小,该区域组成较为均一,容易发生溃疡和空洞,发生斑块破裂的可能较大。本文结合实验及数值分析方法,研究了正常血管的残余应力及动脉粥状硬化斑块的力学特性,并对认识动脉血管残余应力及斑块的力学特性具有定量性意义,同时,为数值建模及分析提供了数据参考。
【关键词】：猪胸主动脉 残余应力 颈动脉斑块 AFM力学压痕测试
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R543
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 动脉粥样硬化10-12
• 1.1.2 AS内膜组成及力学性能12-14
• 1.2 研究现状14-18
• 1.2.1 零应力状态与张开角14-16
• 1.2.2 斑块的力学测试16-18
• 1.3 论文研究内容18-19
• 1.4 本文结构19-20
• 第二章 猪胸主动脉血管残余应力的数值模拟20-34
• 2.1 实验材料与方法20-23
• 2.1.1 猪胸主动脉血管张开角图像处理20-22
• 2.1.2 血管环向本构曲线22-23
• 2.2 数值模型23-28
• 2.2.1 ABAQUS有限元软件23-25
• 2.2.2 材料属性25-26
• 2.2.3 边界条件与载荷26
• 2.2.4 网格划分与单元选择26-28
• 2.3 数值分析结果28-32
• 2.3.1 胸主动脉血管壁残余应力分布28-30
• 2.3.2 不同生理位置血管环残余应力比较30-31
• 2.3.3 不同剪开位置血管环残余应力比较31-32
• 2.4 讨论与分析32-34
• 第三章 基于AFM的颈动脉斑块力学性能研究34-52
• 3.1 实验材料34-35
• 3.1.1 实验样本34-35
• 3.1.2 主要实验仪器35
• 3.1.3 主要实验试剂35
• 3.2 实验方法35-38
• 3.2.1 颈动脉斑块样本35-36
• 3.2.2 组织学染色36-37
• 3.2.3 AFM压缩实验37-38
• 3.3 实验原理38-40
• 3.4 数据处理40
• 3.4.1 赫兹模型40
• 3.5 实验结果40-44
• 3.5.1 动脉血管壁结构观察40-41
• 3.5.2 颈动脉斑块组织成分观察41-43
• 3.5.3 AFM压缩实验43-44
• 3.6 分析与讨论44-52
• 3.6.1 动脉粥样硬化斑块分类44-45
• 3.6.2 斑块力学性能45-47
• 3.6.3 压缩测试47-49
• 3.6.4 优点与不足49-52
• 第四章 总结与展望52-54
• 致谢54-56
• 参考文献56-61
• 作者简介61

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本文编号：741330