[发明专利]一种气管组织各向异性力学特性模型的建立方法

说明书

本发明属于气管组织各向异性力学特性模型技术领域，具体涉及一种气管组织各向异性力学特性模型的建立方法，包括如下步骤：S1：选取样本，对样本进行合理的处理、解剖及分割，针对气管组织构成、各向异性特性以及力学性能参数制作不同角度的气管样本；S2：制定单轴拉伸实验的方案和步骤，采集不同角度样本的力学性能参数，获取气管组织的应力‑应变曲线；S3：根据上述所得参数作为输入，假设气管是不可压缩材料，搭建以Monney‑Rivilin模型的应变能密度函数为基础的不同角度的气管组织力学特性的本构模型；S4：获取各角度的气管本构模型方程在Origin中非线性拟合参数，对气管组织力学特性模型进行仿真验证。

技术领域

本发明属于气管组织各向异性力学特性模型技术领域，具体涉及一种气管组织各向异性力学特性模型的建立方法。

背景技术

如今，在支气管镜手术过程中，手术质量常常受到医生技术水平和支气管镜导管管径的限制。由于气管环境复杂，且在诊疗过程中支气管镜需要医生手动送入气管，这对医生的经验和手法要求较高，即使有着视觉图像的辅助，手动的误差仍会使得导管前端与气管管壁误触，引起患者产生刺激性咳嗽等不适症状，甚至会使导管触碰气管组织粘膜时导致粘膜损伤，且术后可能会严重导致患者产生心脏骤停等意外情况发生。因此，支气管镜等手术器械与气管内部的多角度接触作用问题，一直普遍存在于介入治疗当中。另外，在患者的临床治疗中，现有的气管组织的各向异向及气管力学的研究尚不能较为全面地评价气管的力学性能，术中也缺少精准的数据反馈，无法对患者术后康复和护理提供科学帮助，以气管生物力学为基础的医疗产品开发、表面仿生结构、3D打印技术以及人工气管修复方面，都亟需一个有效完整的气管力学模型作为相关试验的理论基础。

发明内容

为了解决现有的气管组织的各向异向及气管力学的研究尚不能较为全面地评价气管的力学性能，术中也缺少精准的数据反馈以及无法对患者术后康复和护理提供科学帮助等问题，本发明公开了一种气管组织各向异性力学特性模型的建立方法，提供了一个有效完整的气管力学模型作为相关试验的理论基础，且对以气管生物力学为基础的医疗产品开发、表面仿生结构、3D打印技术以及人工气管修复方面提供了一个有效分析工具。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气管组织各向异性力学特性模型的建立方法，包括如下步骤：

S1：选取样本，对样本进行合理的处理、解剖及分割，针对气管组织构成、各向异性特性以及力学性能参数制作不同角度的气管样本；

S2：制定单轴拉伸实验的方案和步骤，采集不同角度样本的力学性能参数，获取气管组织的应力-应变曲线；

S3：根据上述所得参数作为输入，假设气管是不可压缩材料，搭建以Monney-Rivilin模型的应变能密度函数为基础的不同角度的气管组织力学特性的本构模型；

S4：获取各角度的气管本构模型方程在Origin中非线性拟合参数，对气管组织力学特性模型进行仿真验证。

作为优选，上述S1具体为：采用手术剪刀将新鲜猪肺气管沿轴向剪开，展开成长方形；以气管组织水平方向作为0°，利用量角器沿着气管逆时针方向分别测量30°、60°、90°、120°、150°和180°6个不同方向；利用手术剪刀将不同角度的气管样本依次剪开，制作出6个不同方向的气管样本。

作为优选，上述S2具体为：

S21：将步骤S1中不同角度的气管样本的两端缠上纱布固定在单轴拉伸试验机夹具两端；

S22：测量气管样本的厚度和试验机夹具上下两端的距离，通过单轴拉伸试验机的人机交互界面设定相关试验样本参数，启动单轴拉伸试验机以10mm/min应变率开始单轴拉伸试验，此时，计算机输出相关力学数据；

S23：当气管样本拉伸到所获曲线的所设目标状态或者拉断时，拉伸试验机停止工作，获得相关试验数据。