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复合纺织基分支人造血管的设计与制备

作　者: 张雷
导　师: 王璐
学　校: 东华大学
专　业: 纺织工程
关键词: 曲面型脉动流数值模拟成型浸渍-沥滤法
分类号: TS106.67
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

血管腔内隔绝术(endovascular exclusion, EVGE)是一种微创而安全的介入治疗技术,应用这一技术可对多种主动脉扩张性疾病进行有效的治疗,尤其适用于伴有高危因素而不宜行外科手术治疗的患者。但是对于涉及分支动脉的主动脉弓扩张性疾病的腔内隔绝术,难以同时做到既能隔绝病变的动脉,又能保证其分支动脉远端重要脏器的血供。基于以上要求,本文首次提出了曲面型分支人造血管模型,即自释放型分支人造血管,能够协同主动脉植入体内,利用分支动脉被封堵后与主动脉之间存在明显的血压差自动释放并突入分支动脉,同时,降低了外科手术的难度首先,综合血液的性质和流体力学的基本原理,确定曲面型分支人造血管曲面的曲率结构参数。通过假设主动脉血管是圆柱形状同时分支人造血管的轴线与主动脉血管的轴线是垂直的,并且认为血液是不可压缩的牛顿流体,利用伯努利方程得到了曲面型分支人造血管曲面的曲率结构参数,并将其作为血液动力学模拟中模型的建立和人造血管试样制备的参考标准。其次,针对动脉血液的流动状况,并根据流体力学原理得到的参数建立三维曲面型分支动脉/血流耦合模型,采用有限元方法,利用ANSYS和CFX软件相互结合的流固耦合算法FSI实现结构分析和流体分析的数值模拟。本文以数值分析的方法,对不同弹性模量材料的血管进行对比分析,观察不同时刻血流速度矢量图、管壁变形量及血管壁von mises stress等值线图。结果表明曲面型结构的分支血管基本上没有发生涡流的现象,其结构设计更有利于血液的稳定流动；人体血管的管壁变形量介于涤纶人造血管试样和聚氨酯人造血管试样之间；分支血管远心端处的von mises stress值较大。同时,为了满足理想人造血管的要求,使人造血管的力学性能接近接近真血管,本文以涤纶、聚氨酯为原料,以曲面型结构为基础,采用浸渍-沥滤法,制备出了曲面型涤纶网格织物增强的聚氨酯分支人造血管。最后,本文比较了曲面型涤纶网格织物增强的聚氨酯分支人造血管与纯聚氨酯分支人造血管的生物力学性能和弹性回复性能。测试结果表明织物增强的复合人造血管试样的顶破、径向拉伸性能以及弹性回复性能要明显好于纯聚氨酯人造血管试样,即弹性网格织物在一定程度上改善了人造血管的力学性能和弹性回复性能。总之,课题针对人造血管的选材和结构设计进行了探索,根据流体力学的基本原理和流固耦合的分析结果,制备了两种曲面型分支人造血管试样,并测试了两种试样的相关生物力学性能和弹性回复性能。本研究结果对于人造血管的的选材、结构设计和制备提供了一定指导和帮助。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题研究的背景及意义  10-18
  1.2 本课题的研究内容及方法  18-20
第2章曲面型分支人造血管的结构设计  20-27
  2.1 流体力学理论概述  20-23
  2.2 人造血管曲面曲率的计算  23-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章血液动力学模型仿真  27-43
  3.1 流固耦合ALE方法及控制方程  27-29
  3.2 几何模型的建立  29
  3.3 网格划分  29-31
  3.4 前处理及求解计算  31-33
  3.5 结果后处理与分析  33-41
  3.6 本章小结  41-43
第4章曲面型分支人造血管试样的制备  43-48
  4.1 弹性网格织物的制备  43-44
  4.2 聚氨酯溶液的制备  44-46
  4.3 聚氨酯及织物增强聚氨酯人造血管的制备方法  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章曲面型分支人造血管试样的性能测试  48-58
  5.1 微观结构的测试  48-49
  5.2 孔隙率和水渗透性  49-52
  5.3 机械性能的测试  52-55
  5.4 弹性回复性测试  55-56
  5.5 本章小结  56-58
第6章结论  58-60
  6.1 主要结论  58-59
  6.2 课题展望  59-60
参考文献  60-66
附录一  66-76
附录二  76-77
攻读学位期间的研究成果汇总  77-78
致谢  78

复合纺织基分支人造血管的设计与制备

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