發(fā)布時(shí)間：2018-04-15 00:07

  本文選題：腹主動脈瘤 + 青光眼擴(kuò)張環(huán)��； 參考：《吉林大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展,人類壽命顯著增長,老年性疾病的發(fā)生率正逐年升高,與老齡人口健康問題相關(guān)的研究已經(jīng)引起醫(yī)療與科研工作者的高度重視。生物力學(xué)作為一門交叉學(xué)科,不僅在探索和解釋各種生命現(xiàn)象方面,還在設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)施改善老齡人口的生活質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)和青光眼均是多發(fā)于老齡人的疾病。AAA是指腹主動脈腎下段局部永久性擴(kuò)張膨出,達(dá)到一定嚴(yán)重程度有破裂出血導(dǎo)致患者猝死的危險(xiǎn)。AAA是動脈壁的生物演化進(jìn)程與作用在動脈壁上的血流激勵共同相互作用的結(jié)果。從生物力學(xué)角度,彈性動脈管內(nèi)的血液流動應(yīng)看作反饋系統(tǒng)進(jìn)行分析,而一旦動脈瘤形成,動脈瘤的形狀對血流動力學(xué)及血管壁力學(xué)參數(shù)均具有顯著影響�？疾霢AA的幾何參數(shù)對相關(guān)力學(xué)參數(shù)的影響,對AAA臨床診斷和預(yù)防具有重要意義。青光眼是世界范圍內(nèi)僅次于白內(nèi)障的致盲性眼病,其危害性在于對視神經(jīng)的損害是漸進(jìn)且不可逆的。我國最常見的原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma,PACG)發(fā)病的主要原因是由于前房角狹窄或眼內(nèi)結(jié)構(gòu)彼此距離過近,導(dǎo)致房水流出受阻,造成眼內(nèi)壓升高的一類青光眼,其中一種在臨床上廣泛使用的方法是利用青光眼房水引流植入物(glaucoma drainage devices,GDD)治療青光眼。因而青光眼房水引流植入物的設(shè)計(jì)研發(fā)成為青光眼治療領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。于洪泉在其國家發(fā)明專利“用于治療青光眼的擴(kuò)張環(huán)”(申請?zhí)朇N200610017024.3)的基礎(chǔ)上,提出了新型青光眼擴(kuò)張環(huán)的設(shè)計(jì)方案,我們將對該新方案進(jìn)行相關(guān)生物力學(xué)研究。本文主要應(yīng)用流固耦合原理對三維彈性壁腹主動脈瘤和植入人眼前房的青光眼擴(kuò)張環(huán)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值分析、并對青光眼擴(kuò)張環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及生物力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下:(1)研究三維彈性壁腹主動脈瘤模型幾何參數(shù)對相關(guān)力學(xué)參數(shù)的影響。通過對三維彈性壁腹主動脈瘤模型進(jìn)行雙向流固耦合數(shù)值模擬分析,考察在兩種血壓脈沖激勵下幾何參數(shù)變化對AAA的血流動力學(xué)和血管壁力學(xué)參數(shù)的影響及力學(xué)參數(shù)對不同幾何參數(shù)的敏感性。首先,研究幾何參數(shù)對流線、渦流、壁面切應(yīng)力和流速發(fā)展的影響。研究結(jié)果證實(shí)在動脈瘤的形成和發(fā)展過程中渦動力學(xué)是起重要作用的內(nèi)部力學(xué)機(jī)制。作用于管壁的渦流沿軸線移動,渦流的強(qiáng)度主要取決于腹主動脈瘤的幾何形狀,并間接產(chǎn)生一系列交替變化的壁面切應(yīng)力脈動響應(yīng)。其次,研究在一個壓力脈動周期中彈性血管壁的最大位移和最大等效應(yīng)力的變化規(guī)律和幾何參數(shù)對其影響。(2)應(yīng)用混合數(shù)值—實(shí)驗(yàn)方法得到疏水性丙烯酸酯材料的本構(gòu)模型參數(shù)。通過對疏水性丙烯酸酯材料圓柱試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算,分別得到壓縮的載荷—位移實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)值計(jì)算曲線,利用非線性最優(yōu)化方法分析實(shí)驗(yàn)值和模擬值的殘差并進(jìn)行迭代,進(jìn)而反演疏水性丙烯酸酯材料的本構(gòu)模型參數(shù),為數(shù)值模擬分析青光眼擴(kuò)張環(huán)的結(jié)構(gòu)性能提供材料參數(shù)。(3)研究青光眼擴(kuò)張環(huán)對人眼前房流場的影響和流體載荷對青光眼擴(kuò)張環(huán)力學(xué)性能的影響�？紤]到青光眼擴(kuò)張環(huán)的變形比較小,對植入不同青光眼擴(kuò)張環(huán)的人眼前房模型進(jìn)行單向流固耦合數(shù)值分析。首先,在商業(yè)軟件ANSYS FLUENT中利用多孔介質(zhì)模型模擬小梁網(wǎng)的阻力特性,分別對正常人眼前房和植入青光眼擴(kuò)張環(huán)的人眼前房的流場進(jìn)行數(shù)值分析,研究結(jié)果表明:在保證青光眼擴(kuò)張環(huán)的安全性和結(jié)構(gòu)耐久性的條件下,擴(kuò)張環(huán)徑向通孔的個數(shù)越多,圓孔直徑越大,前房內(nèi)流場的流動特征越均勻,越接近真實(shí)的生理情況,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為合理。其次,分別考慮眼內(nèi)壓和房水動壓力對青光眼擴(kuò)張環(huán)力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:前房中眼內(nèi)壓對青光眼擴(kuò)張環(huán)的最大等效應(yīng)力起主要作用;而房水動壓力對青光眼擴(kuò)張環(huán)變形的影響與圓孔個數(shù)顯著相關(guān),其影響與眼內(nèi)壓的影響在同一量級。(4)對圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并提出新型橢圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用ANSYS Workbench軟件的Design Explorer模塊采用多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)對青光眼擴(kuò)張環(huán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真優(yōu)化分析。首先,通過靈敏度分析確定對結(jié)構(gòu)質(zhì)量、最大等效應(yīng)力和最大變形有影響的主要幾何參數(shù),得到圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案。其次,提出新型橢圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)一步確定橢圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)優(yōu)化后的幾何尺寸。數(shù)值模擬結(jié)果表明橢圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)比圓孔青光眼擴(kuò)張環(huán)的效果更好。(5)對疏水性丙烯酸酯材料的青光眼擴(kuò)張環(huán)進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)、壓縮作用力松弛實(shí)驗(yàn)和壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)研究。青光眼擴(kuò)張環(huán)的生物力學(xué)性能直接影響其臨床治療效果,本文應(yīng)用島津AG-X plus系列精密電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)對疏水性丙烯酸酯材料的青光眼擴(kuò)張環(huán)進(jìn)行了壓縮實(shí)驗(yàn)、壓縮作用力松弛實(shí)驗(yàn)和壓縮蠕變實(shí)驗(yàn),以評估其生物力學(xué)性能。研究結(jié)果表明:在不同加載速率情況下,青光眼擴(kuò)張環(huán)壓縮的載荷—變形之間存在非線性的本構(gòu)關(guān)系,其剛度對加載速率十分敏感,并表現(xiàn)出顯著的超彈性和粘彈性特征。通過對青光眼擴(kuò)張環(huán)進(jìn)行粘彈性實(shí)驗(yàn)研究,得到在不同的初始條件下青光眼擴(kuò)張環(huán)的壓縮作用力松弛和壓縮蠕變數(shù)據(jù),以及歸一化作用力松弛函數(shù)、蠕變函數(shù)和回歸系數(shù)。
[Abstract]:With the development of modern economic technology , the incidence of senile diseases is increasing year by year , the incidence of senile diseases is increasing year by year . ( 3 ) The effects of glaucoma expansion ring on the anterior chamber flow field and the effect of fluid load on the mechanical properties of glaucoma were studied .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R543.16;R775;R318.01

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本文編號：1751621