本文關鍵詞：用于腰椎術中監(jiān)測壓力傳感器封裝特性研究

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【摘要】：腰椎手術部位附近有豐富的神經組織,為充分暴露手術域、避免誤傷,使用神經拉鉤牽拉開神經根。牽拉操作控制不當會對神經根造成損傷,影響手術療效,引起術后并發(fā)癥。因此,在神經拉鉤上安裝傳感器,獲取神經根被牽拉時的力學信息,給手術操作提供量化參考。但相關研究采用的帶有傳感器神經拉鉤多存在應力集中問題,造成使用中對神經根的二次傷害,并產生傳感器測量值與神經根實際所受最大壓力的誤差。針對安裝于神經拉鉤MEMS壓力傳感器特殊的使用場景,通過優(yōu)化封裝設計,緩解神經拉鉤側邊接觸神經根時的應力集中。本文主要完成了以下工作：1.建立具有粘彈性特征的神經根模型。分析神經根的生物力學特性,用有限元法建立具有粘彈性的神經根模型。從靜態(tài)特性和體現粘彈性的應力松弛、速率相關性入手,結合大鼠神經根牽拉實驗,驗證了所建立模型符合神經根力學特性。2.設計傳感器的封裝結構,通過仿真獲得該封裝結構的力—電轉換關系。改進封裝外形和封裝結構,盡量減少應力集中。充分考慮“吊床效應”,比較不同的封裝結構后,選定帶有緩沖區(qū)的雙層封裝結構。還仿真分析了封裝后的應力——電壓轉換關系,初步探討影響力—電轉換系數的因素。3.進行了傳感器和神經根的接觸分析。運用所建的粘彈性神經根模型與改進封裝后的傳感器,通過仿真分別獲得神經根與傳感器接觸中心點、接觸邊緣關于傳感器位移的關系,為衡量牽拉過程中神經根所受實際損傷和傳感器測量值之間誤差提供了重要的指導。本文密切聯系傳感器所測對象生物組織的力學特性,從而設計傳感器封裝�；谏锪W特點所建粘彈性神經根模型,重點關注宏觀力學特性,以材料模型的復雜化實現模型結構的簡單化。改進傳感器封裝結構,以減小被牽拉神經根的應力集中問題。對神經根與傳感器接觸模型的研究,有助于修正傳感器測量結果。
【關鍵詞】：MEMS傳感器 封裝 應力集中 粘彈性 神經根
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R687.3;TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 MEMS傳感器9-10
• 1.1.1 MEMS的發(fā)展歷史和特征9-10
• 1.1.2 MEMS傳感器的分類和應用10
• 1.2 醫(yī)用壓力傳感器10-11
• 1.3 神經根牽拉損傷11-13
• 1.3.1 腰椎結構及相關病變11-12
• 1.3.2 神經根解剖學特點12-13
• 1.3.3 腰椎手術對神經根的影響13
• 1.4 被牽拉神經根應力集中問題13-15
• 1.5 本文主要工作15
• 1.6 本章小結15-17
• 第二章 神經根生物力學模型17-29
• 2.1 神經根生物力學特性17-18
• 2.2 神經根粘彈性仿真模型的建立18-23
• 2.2.1 有限元方法和分析軟件18
• 2.2.2 粘彈性模型18-20
• 2.2.3 建模前的分析20-21
• 2.2.4 神經根仿真模型21-23
• 2.3 神經根模型力學特性驗證23-27
• 2.3.1 靜態(tài)特性驗證23-24
• 2.3.2 粘彈性驗證24-27
• 2.4 本章小結27-29
• 第三章 傳感器封裝結構優(yōu)化設計29-41
• 3.1 傳感器的封裝要求和材料29-30
• 3.1.1 醫(yī)用傳感器的封裝要求29
• 3.1.2 醫(yī)用傳感器的封裝材料29-30
• 3.2 封裝外形和結構設計30-32
• 3.3 封裝有限元模型仿真32-34
• 3.4 封裝后傳感器的力電轉換關系34-39
• 3.4.1 換能元件的選擇35
• 3.4.2 換能元件模型的建立35-36
• 3.4.3 力電轉換的有限元仿真36-39
• 3.5 本章小結39-41
• 第四章 神經根和傳感器的接觸分析41-53
• 4.1 接觸實驗及理論模型41-42
• 4.2 有限元接觸算法42-43
• 4.2.1 動態(tài)約束法42
• 4.2.2 罰函數法42
• 4.2.3 分布參數法42-43
• 4.3 有限元接觸仿真43-52
• 4.3.1 接觸仿真模型的建立43-44
• 4.3.2 不同位置應力與位移的關系44-46
• 4.3.3 接觸仿真結果的數據擬合處理46-52
• 4.4 本章小結52-53
• 第五章 總結與展望53-55
• 5.1 工作總結53
• 5.2 工作展望53-55
• 致謝55-57
• 參考文獻57-59
• 作者簡介59

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本文編號：878508