專利名稱：血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物力學(xué)實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置。
背景技術(shù)：
動脈管壁的力學(xué)性質(zhì)已進行過詳細研究。其應(yīng)力-應(yīng)變滯后環(huán)、非線性粘彈性、 應(yīng)力松弛和蠕變等特性被認為與管壁的構(gòu)成成分密切相關(guān)。血管壁由細胞(平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞等)和細胞外基質(zhì)(主要為膠原纖維和彈性纖維)構(gòu)成。雖然對平滑肌的被動彈性性質(zhì)也進行過研究，但是血管壁力學(xué)性質(zhì)主要由膠原纖維和彈性纖維的復(fù)合材料性質(zhì)所決定。在眾多的本構(gòu)關(guān)系中，柳兆榮教授提出的指數(shù)型P-V關(guān)系能最恰當?shù)孛枋鰟用}的生理功能及其與組織成分的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置，其特征在于由工作段容器6、壓力傳感器9、縱向拉伸器、容積推進器、控制及數(shù)據(jù)采集器、計算機以及控制閥門組成；其中所述壓力傳感器、工作段容器和縱向拉伸器經(jīng)管道依次連接組成工作段，工作段容器一側(cè)設(shè)有排氣閥，壓力傳感器一端也設(shè)有排氣閥，在工作段容器旁設(shè)有標尺；所述工作段容器用于儲存生理鹽水或PBS緩沖液以保證測試階段血管存活；縱向拉伸器可伸長 20-25mm，根據(jù)血管在體長度調(diào)節(jié)測試時的初始伸長率λ =1. 0-1. 6 ；P-V關(guān)系測試時，由容積推進器向血管內(nèi)推注生理鹽水或緩沖液，血管及各管路連接處均由排氣三通閥過渡，以便派出氣泡；所述容積推進器由直流電機、絲桿和注射器組成；直流電機可正反向旋轉(zhuǎn)，通過絲桿帶動注射器往復(fù)運動，對應(yīng)于向血管段加載和卸載；直流電機驅(qū)動電壓及正反切換由控制及數(shù)據(jù)采集器中控制器控制；所述控制與數(shù)據(jù)采集器由C51F005單片機、USB接口、注射泵速度和往復(fù)控制、壓力信號放大器組成；C51F005單片機通過USB接口與計算機實現(xiàn)交互，計算機下傳指令，C51F005 單片機上傳采樣數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)；所述計算機用于設(shè)置實驗參數(shù)以及對硬件的控制，并實時采集數(shù)據(jù)及通過人機界面操作分析實驗結(jié)果；計算機的軟件系統(tǒng)用于分析P-V關(guān)系，也用于離線分析實驗中所保存的數(shù)據(jù)；計算機通過USB接口與控制器及數(shù)據(jù)采集器相互傳遞信息；計算機的測量軟件發(fā)出測量命令后，控制及數(shù)據(jù)采集器啟動容積推進器工作；工作段內(nèi)的壓力由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號后輸入控制及數(shù)據(jù)采集器，再由控制及數(shù)據(jù)采集器通過USB接口輸入計算機；控制及數(shù)據(jù)采集器中的微處理器芯片C51F005執(zhí)行來自計算機1的指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置，其特征在于注射泵速度和往復(fù)控制電路的原理如下L為雙刀雙擲繼電器，其開閉狀態(tài)決定了 Pout輸出電壓的極性，從而改變注射泵的往復(fù)方向；來自C51F005的P3. O端口的信號經(jīng)由NPN中功率三極管Q1、電阻R和電位器W組成的驅(qū)動電路控制繼電器的開閉狀態(tài)；D為放電二極管；注射泵直流電機的供電電壓來自C51F005的數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出端口 DAC0，經(jīng)由NPN中功率三極管Q2和NPN大功率三極管Q3組成的驅(qū)動電路驅(qū)動，并經(jīng)Pout端口連接至注射泵的直流電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置，其特征在于注射泵速度和往復(fù)控制電路的主要技術(shù)指標如下(1)C51F005單片機主頻16MHz，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓0 3. 3V，分辯率12位，轉(zhuǎn)換時間10 μ S，單路最大采樣率為IOOkHz ；(2)USB 接口兼容 USB2. O 和 USB1. 1 ；(3)注射泵驅(qū)動電壓3.5V飛V，推進速度連續(xù)可調(diào)；(4)壓力傳感器量程(T380mmHg，壓力信號放大器的調(diào)零、增益、濾波帶寬由軟件控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置，其特征在于計算機中的軟件系統(tǒng)在P-V關(guān)系分析中，采用直線方程擬合、指數(shù)方程擬合和拋物線方程擬合三種方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物力學(xué)實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種血管非線性力學(xué)性質(zhì)測量裝置?？捎糜跍y定離體血管(或組織工程血管)的非線性P-V關(guān)系及其順應(yīng)性。該測量裝置由工作段、壓力傳感器、容積推進器、硬件系統(tǒng)(含控制器和數(shù)據(jù)采集器)以及計算機軟件系統(tǒng)組成。容積推進器包括直流電機、絲桿和注射器等部件，可執(zhí)行往復(fù)運動以對血管加載和卸載?？刂萍皵?shù)據(jù)采集器硬件系統(tǒng)2負責(zé)控制容積推進器及壓力P和容積V數(shù)據(jù)采集，并通過USB接口電路輸送至計算機。計算機軟件系統(tǒng)負責(zé)實驗參數(shù)設(shè)置以及對硬件的控制，并實時采集數(shù)據(jù)并分析實驗結(jié)果。該裝置已成功用于組織工程血管的研究中。
文檔編號G01N3/08GK102564857SQ20121001480
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者吳國強, 徐建明, 曹銀祥, 柳兆榮, 潘鑾鳳 申請人:復(fù)旦大學(xué)