针穿刺软组织实验假体的制备与选择

《针穿刺软组织实验假体的制备与选择》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、针穿刺软组织实验假体的制备与选择朱　侗　高德东　赵广伟（青海大学机械工程学院，青海西宁810016）【摘　要】梯度改变二甲基亚砜和去离子水的配比得到了透明度较好的水凝胶，并通过改变聚乙烯醇的质量分数来改变水凝胶的材料性质。通过针穿刺实验测得多组不同配比的水凝胶的力学曲线，并测量出每组水凝胶的透光率。找出了与肝脏组织材料性能最为接近的水凝胶假体的材料配比。实验结果表明，二甲基亚砜质量分数60%，聚乙烯醇质量分数8%的聚乙烯醇水凝胶力学性能最接近肝脏组织，透明度较高，最适合做针穿刺软组织实验的组织假体。.jyqkPa·s~66.0mPa·s。二甲基亚砜常温下是液态

2、，其分子式为(CH3)2SOC2H6OS，分子量是78.14，室温下的密度是1.098g/mL~1.105g/mL，凝固点为18.0℃~20.0℃。1.3　实验仪器制备聚乙烯醇水凝胶所需要的实验仪器包括85-2型恒温磁力搅拌器和电接点温度计,JM-B型精密电子天平,FYL-YS-30L型的压缩机车载冰箱，DR81型透光率仪以及型号为ML01.4A1的精密运动针穿刺平台，18G介入穿刺针等设备，还有烧杯、量筒、滴管等量具。1.4　实验步骤（1）用天平称取60g二甲基亚砜，用量筒称取40ml去离子水，将二者混合倒入烧杯中，作为溶剂，再用天平称取聚乙烯醇6g作为溶质

3、，将其倒入溶剂中搅拌均匀。（2）将混合好的溶液放在搅拌器的水浴锅中，温度设为90摄氏度，搅拌2-3个小时，使其变成均匀的溶液，溶液呈无色透明状，有较高的粘度。（3）将制备好的溶液倒入模具并放于冰箱中，在室温中冷却2小时，并在零下20摄氏度中冷冻12小时，然后，取出放到室温下，使其逐渐解冻。其中,冷冻-解冻为一次循环。（4）按照以上相同的方法，分别制作几组聚乙烯醇水凝胶，其中二甲基亚砜溶液质量分数分别为50%、60%、70%,聚乙烯醇的质量分别为6g,8g,10g,12g。2　实验结果与讨论2.1　聚乙烯醇水凝胶透光率测定解冻后，使用DR81型透光率仪测定水凝胶

4、透光率。去除实验坏点后，透光率实验结果如表1所示。可知当聚乙烯醇含量在6%到12%之间时，聚乙烯醇水凝胶的透光率主要受二甲基亚砜质量分数的影响。随着二甲基亚砜质量分数的提高，透光率增大。2.2　聚乙烯醇水凝胶力学性能测定本实验采用型号为18G，长度为200mm的介入穿刺针，以5mm/s的速度对制成的聚乙烯醇水凝胶假体和新鲜猪肝组织进行针穿刺实验。针尖以恒定速度刺入并穿透新鲜猪肝软组织,位移为100mm，然后再以相同的速度拔出组织回到原点。在进行针穿刺组织假体实验时，刺入假体位移为20mm。穿刺过程中，ATI六轴力/力矩测量系统以5kHz的采样率记录下穿刺力。如

5、表2所示为穿刺不同二甲基亚砜质量分数，聚乙烯醇质量的假体时，穿刺力的峰值。由表2可知，穿刺峰值力主要与聚乙烯醇质量多少有关，其他因素的影响在误差范围内可以忽略。将相同聚乙烯醇质量假体的穿刺峰值力取平均，如表3所示，穿刺峰值力随聚乙烯醇水凝胶中聚乙烯醇的质量增加而增大。2.3　假体的选择由透光率实验可知，二甲基亚砜质量分数为50%时，透光率过低，所以二甲基亚砜质量分数宜在60%和70%中选择。将不同聚乙烯醇含量假体的穿刺峰值力与新鲜猪肝组织穿刺力比较，可知聚乙烯醇含量为8g时，聚乙烯醇水凝胶的力学性能最接近新鲜猪肝组织。图1（a）和图1（b）分别是聚乙烯醇质量为

6、8g，二甲基亚砜质量分数分别为60%和70%时穿刺过程的力-位移曲线。穿刺过程中由于软组织的粘性，会有一部分软组织粘附并包裹在针尖上，类似刀具切削中的“积削瘤”。针穿刺力与位移之间的理想关系曲线是线性曲线[6]，由于软组织“积削瘤”现象使得实际实验中针刺破组织外膜进入组织后针穿刺力曲线呈现非线性增长，当“积削瘤”现象消失的瞬间，会出现一个力跳变点。针穿刺过程可以看成是一个软组织“积削瘤”产生然后消失，再产生的过程。图（a）在刺破假体外膜时突降现象更明显，穿刺中的“积削瘤”现象也与猪肝组织穿刺过程相近，组织性能最接近新鲜猪肝组织。3　结论本文制备了不同配比的聚乙

7、烯醇水凝胶，测量出不同配比水凝胶的透光率，绘制了穿刺过程力学曲线。实验结果表明，聚乙烯醇水凝胶的透光率主要受二甲基亚砜质量分数的影响，随着二甲基亚砜质量分数的提高，透光率增大。穿刺峰值力主要与聚乙烯醇质量多少有关，穿刺峰值力随聚乙烯醇水凝胶中聚乙烯醇的质量增加而增大。二甲基亚砜质量分数60%，聚乙烯醇质量分数8%的聚乙烯醇水凝胶力学性能最接近肝脏组织，透明度较高，适合作为针穿刺软组织实验的实验假体。.jyqkM.NeedleInsertionintoSoft-tissue:Asurvey[J].MedEngPhys.,2006,29:413-431.［２］柳明

8、珠,程榕时,钱人元.聚乙烯醇水凝胶溶胀