喉环状软骨的生物力学数值模拟与实验研究

【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。
【作者】张毅；
【导师】史廷春；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，检测技术与自动化装置，2014，硕士
【关键词】组织工程；环状软骨；支架；调试；有限元分析；

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