發(fā)布時間：2017-09-19 00:39

  本文關(guān)鍵詞：用于腰椎術(shù)中監(jiān)測壓力傳感器封裝特性研究

  更多相關(guān)文章： MEMS傳感器 封裝 應(yīng)力集中 粘彈性 神經(jīng)根

【摘要】：腰椎手術(shù)部位附近有豐富的神經(jīng)組織,為充分暴露手術(shù)域、避免誤傷,使用神經(jīng)拉鉤牽拉開神經(jīng)根。牽拉操作控制不當會對神經(jīng)根造成損傷,影響手術(shù)療效,引起術(shù)后并發(fā)癥。因此,在神經(jīng)拉鉤上安裝傳感器,獲取神經(jīng)根被牽拉時的力學信息,給手術(shù)操作提供量化參考。但相關(guān)研究采用的帶有傳感器神經(jīng)拉鉤多存在應(yīng)力集中問題,造成使用中對神經(jīng)根的二次傷害,并產(chǎn)生傳感器測量值與神經(jīng)根實際所受最大壓力的誤差。針對安裝于神經(jīng)拉鉤MEMS壓力傳感器特殊的使用場景,通過優(yōu)化封裝設(shè)計,緩解神經(jīng)拉鉤側(cè)邊接觸神經(jīng)根時的應(yīng)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(jīng)根模型。分析神經(jīng)根的生物力學特性,用有限元法建立具有粘彈性的神經(jīng)根模型。從靜態(tài)特性和體現(xiàn)粘彈性的應(yīng)力松弛、速率相關(guān)性入手,結(jié)合大鼠神經(jīng)根牽拉實驗,驗證了所建立模型符合神經(jīng)根力學特性。2.設(shè)計傳感器的封裝結(jié)構(gòu),通過仿真獲得該封裝結(jié)構(gòu)的力—電轉(zhuǎn)換關(guān)系。改進封裝外形和封裝結(jié)構(gòu),盡量減少應(yīng)力集中。充分考慮“吊床效應(yīng)”,比較不同的封裝結(jié)構(gòu)后,選定帶有緩沖區(qū)的雙層封裝結(jié)構(gòu)。還仿真分析了封裝后的應(yīng)力——電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系,初步探討影響力—電轉(zhuǎn)換系數(shù)的因素。3.進行了傳感器和神經(jīng)根的接觸分析。運用所建的粘彈性神經(jīng)根模型與改進封裝后的傳感器,通過仿真分別獲得神經(jīng)根與傳感器接觸中心點、接觸邊緣關(guān)于傳感器位移的關(guān)系,為衡量牽拉過程中神經(jīng)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(lián)系傳感器所測對象生物組織的力學特性,從而設(shè)計傳感器封裝。基于生物力學特點所建粘彈性神經(jīng)根模型,重點關(guān)注宏觀力學特性,以材料模型的復雜化實現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)的簡單化。改進傳感器封裝結(jié)構(gòu),以減小被牽拉神經(jīng)根的應(yīng)力集中問題。對神經(jīng)根與傳感器接觸模型的研究,有助于修正傳感器測量結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：MEMS傳感器 封裝 應(yīng)力集中 粘彈性 神經(jīng)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(yīng)用10
• 1.2 醫(yī)用壓力傳感器10-11
• 1.3 神經(jīng)根牽拉損傷11-13
• 1.3.1 腰椎結(jié)構(gòu)及相關(guān)病變11-12
• 1.3.2 神經(jīng)根解剖學特點12-13
• 1.3.3 腰椎手術(shù)對神經(jīng)根的影響13
• 1.4 被牽拉神經(jīng)根應(yīng)力集中問題13-15
• 1.5 本文主要工作15
• 1.6 本章小結(jié)15-17
• 第二章 神經(jīng)根生物力學模型17-29
• 2.1 神經(jīng)根生物力學特性17-18
• 2.2 神經(jīng)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(jīng)根仿真模型21-23
• 2.3 神經(jīng)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(jié)27-29
• 第三章 傳感器封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)換關(guān)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(zhuǎn)換的有限元仿真36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第四章 神經(jīng)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(shù)法42
• 4.2.3 分布參數(shù)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(yīng)力與位移的關(guān)系44-46
• 4.3.3 接觸仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)擬合處理46-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 總結(jié)與展望53-55
• 5.1 工作總結(jié)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