热门搜索:大学毕业论文 硕士毕业论文 博士毕业论文 硕士英语论文 硕士mba论文 无忧论文网

当前位置:无忧论文网 > 职称论文 > 硕士医学论文 >

水平旋转式细胞种植支架装置的医学设计与实现

  • 发布日期:2018-09-09
  • 责任编辑:lgg
  • 论文字数:0
  • 点击:
  • 论文编号:
  • 论文类型:
  • 论文价格:0
本文是一篇硕士医学论文,医学论文是科技论文的一个分支学科,是报道自然科学研究和技术开发创新性工作成果的论说文章,是阐述原始研究结果并公开发表的书面报告。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇硕士医学论文,供大家参考。
 
1 绪 论
 
1.1 课题研究背景
冠状动脉硬化疾病在心血管疾病中所占比例较大,病变部位多出现血管狭窄、血流不畅等症状,经皮冠状动脉介入术(Percutaneous transluminal coronaryangioplasty, PTCA)是其主要治疗方式[1]。而血管支架的诞生又推动了 PTCA 的进一步发展,使其成为近年来 PTCA 治疗的主要手段。血管支架植入即将血管支架植入到发生冠状动脉硬化疾病的狭窄血管中,通过支架的无力支撑维持术后血管的扩张状态和血运的重建,同时也能减少损伤修复的影响,较长时间内可起到防止血管收窄的作用。但血管支架植入后,不仅有长期服药需求,且并不能完全解决支架内再狭窄(In-stent Restenosis, ISR)和支架内血栓两大问题[2,3],临床应用受到了较大的限制。近年来,研究表明:内皮细胞在冠状动脉硬化前后扮演了重要角色[4–6],动脉硬化早期,重要的病理变化之一是内皮细胞功能障碍损害了血管屏障功能,支架植入后,内皮完整性和正常的功能可以显著降低支架内再狭窄率和支架内血栓形成率。因此,支架植入后促进支架表面快速内皮化是未来支架的发展方向之一。目前,支架促内皮化的研究主要有两种:① 体内捕获细胞支架[7–10],通过体内内皮化途径实现对内皮细胞的捕获功能,即修饰支架材料表面,支架植入后,诱导内皮细胞在支架材料表面进行增殖和分化,形成内膜层;② 体外细胞种植支架[11–13],体外内皮化,即指借助于体外环境,直接将细胞种植在支架表面,先形成内皮层,支架植入后,内皮层有助于增加生物相容性,实现快速内皮化。而体外细胞种植支架常用静态培养法,但是静态培养暴露出了一些问题,最为突出的是血管支架上的细胞在重力的作用下出现分布不均匀、粘附数量不足等问题,主要表现为细胞在血管支架底部聚集,另一侧出现种植“盲区”。另外,培养方式也影响细胞的生长,细胞的功能因培养方式不同而存在差别。细胞种植支架以其独特的优势有望成为未来介入术治疗的主流手段之一。因此,十分有必要从种植装置出发,通过改进细胞种植支架技术来优化细胞支架的质量,推进细胞种植支架的深入研究。
..........
 
1.2 国内外研究现状
 
1.2.1 血管支架研究现状
目前,血管支架经历了三次历史性变革,具体为:第一代冠脉支架[16]为金属裸支架(Bare Metal Stent, BMSs),但临床治疗发现,裸金属支架(BMSs)的 ISR 发生率在 20-30%之间[17],严重时会出现血管堵塞现象,影响动脉的畅通,加大 ISR 及二次治疗难度。第二代血管支架为药物洗脱支架(Drug-eluting Stent, DESs)[18,19],其结构基础为金属裸支架,其上附着有治疗冠心病药物且生物相容性较高的聚合物涂层。药物洗脱支架将术后再狭窄将至 5-20%[20],患者术后可不必全身用药,但药物洗脱支架仍有形成血栓的风险,这类支架的长期安全性遭到了质疑[21,22],药物释放完后,也存在因内皮修复延迟而导致的晚期 ISR 和支架内血栓。研究者们基于材质创新,希望固体支架完成使命后在一定时间内在体内自行溶解,被机体吸收,避免局部炎症反应,这也就是第三代血管支架--可降解支架[23,24]。该类支架改进了表面处理工艺,创新了支架表面的涂层模式和药物的释放控制,植入后,短期内可抑制内皮细胞的急速增生,长期可辅助支架与血管内层的融合,使内皮化稳定,避免了支架内血栓的发生[25,26]。不难发现:术后内皮化过程即为重要[27],且支架研发最终的落脚点都是促进血管的快速内皮化,但内皮化路径有所不同。
..........
 
2 控制系统总体设计
 
2.1 水平旋转培养法设计分析
目前,国内外的细胞种植支架多数采用静态培养法,受血管支架的三维结构及微重力限制,此类支架最显著的不足是细胞在靠近支架底部生长,另一侧出现“盲区”,细胞分布明显不均匀,而且已粘附的细胞在后续培养中也会出现脱落或死亡的现象。而水平式旋转培养法[45,53]中,细胞在水平轴上下方区域所处的状态不同,上方区域几乎呈微重力状态,削弱了因重力引起的细胞沉降,下方区域呈超重状态,加速细胞沉降,但是在旋转条件下,由于周期性的失重与超重综合作用,可克服重力对细胞的作用,实现对人体细胞所处微重力环境的模拟。另一方面,低速稳定时,培养液与细胞之间无相对运动,剪切应力稳定且趋于零,可避免细胞的机械损伤,利于维持细胞的活性及三维结构。此外,旋转还可促进物质间的传输,包括液体与液体之间的交换和气体与液体之间的交换。与静态培养法相比,水平式旋转培养法能促进细胞悬液与支架表面的充分接触,使细胞在支架涂层上更加均匀、良性生长。但受专业、材料、培养目的等的限制,旋转培养法的工艺更为复杂,影响细胞粘附的因素也有差异。而在电子电路系统中,基于单片机的 PWM 输出控制加热棒和电机即可实现恒温以及旋转控制,考虑到低速旋转的要求,电机类型选用步进电机。此外,红外遥控及上位机可实现制备装置的智能化及数字化、实时监测培养条件。本文基于水平式旋转培养法来设计细胞种植支架装置,使装置独立完成种植作业,且实现细胞在支架上的均匀粘附生长。
.........
 
2.2 总体设计
 
2.2.1 系统构架设计
基于装置总体需求,装置框图结构如图 2.1 所示,整个控制装置由主要由STM32 最小装置电路、电源电路、温度采集电路、加热电路、电机控制电路、红外接收单元、JTAG 接口电路、液晶显示电路、串口电路等组成,软件部分包含两部分,硬件驱动程序设计主和上位机设计。上位机程序设计如图 2.2 所示,的主要目的是便于系统的可视化,实现系统的人机交互功能。实现的功能包括:① 串口通信的建立,主要作用是建立上位机程序与装置硬件部分之间的通信桥梁,实现数据流的传输,同时对数据流进行 CRC校验;② 控制功能,即上位机发出温度、转速等相关参数的设置或调整指令后,可控制系统相应功能的执行;③ 显示功能,数据流由硬件传输至上位机时,上位机实时显示部分种植参数值及动态变化曲线。
.........
 
3 硬件设计.......11
3.1 STM32F103CBT6 最小系统设计..........11
3.2 电源电路..........12
3.3 温度采集及转换模块..........14
3.4 控制执行电路............16
3.5 EEPROM 存储电路............20
3.6 JTAG 接口电路 ........20
3.7 串口通信模块............20
3.8 人机交互模块设计....21
3.9 PCB 布板及模具设计.........23
3.10 本章小结........25
4 硬件控制程序设计.....27
4.1 程序开发环境............27
4.2 程序设计..........2
4.3 PWM 电机控制算法...........29
4.4 温度转换及处理........30
4.5 红外遥控及解码........34
4.6 串口通信..........35
4.7 本章小结..........36
5 LabVIEW 上位机设计......37
5.1 通信协议设计............37
5.2 串口配置..........37
5.3 模拟转盘..........38
5.4 发送读取指令............39
5.5 串口数据读取............38
5.6 串口数据写入及响应程序............41
5.7 上位机界面设计........45
5.8 本章小结..........46
 
6 装置性能测试与初步验证
 
在前述工作完成后,本章将各个模块集成为完整的种植装置,并对装置整体的结构及操作进行说明,对装置的相关性能进行了测试,并进行相关的工艺参数帅选和对装置种植均匀性进行初步验证。
 
6.1 装置组装及操作
打开 LabVIEW 上位机,点击“执行”进入“操作”界面。选择串口号,建立通信,设置“目标温度”,启动温控,软件实时显示装置的环境温度、细胞培养室的实时温度,显示设备的实时温度曲线;设置“调速步进”,点击“左转”或者“右转”设置转向,可通过模拟转盘监控转向,点击“转速+”或者“转速-”使电机达到目标转速;点击“转动”启动电机。纹波即为直流稳定量中夹杂的交流成分,会引进噪声,干扰系统工作,因本装置对温度采集的速度和精度有较高的要求,为了避免电路中的数字或逻辑控制芯片受到纹波干扰,增强装置的运行稳定性,故在进行电源电路设计时考虑尽量减小纹波输出,本文电源电路纹波测量工具为示波器,输入 24V/2A。
..........
 
总结
 
研究表明,内皮细胞参与了冠脉疾病的发病机制及治疗机理,维持内皮及其功能完整性能显著降低支架内再狭窄率和支架内血栓形成率。但传统的静态培养法限制了细胞种植支架的质量,本文基于实验室前期的支架旋转培养数值模拟结果,从改善细胞种植支架技术的角度出发,独立自主设计了水平旋转式细胞种植支架装置,本文完成的详细工作如下:① 归纳了支架植入后促进支架表面快速内皮化是改善血管内支架有效性、安全性的重要途径,综述了现有血管内支架的研究现状和细胞支架制备上的不足。基于水平式旋转培养原理及实验室前期的模拟仿真结果,提出了系统需求,完成系统方案设计。② 完成装置各个工作模块的硬件电路设计,其中,硬件设计以 STM32F103为核心,结合继电器、加热棒、模拟温度传感器 PT100、模数转换器 ADS1234 等实现温度数据采集,基于步进电机实现对转速的连续调节控制;基于 SolidWorks完成旋转培养管的设计及加工。③ 完成硬件控制程序设计,结合 PID 算法及 Ziegler-Nichols 回路整定技术实现恒温控制,温度失调时进行报警;基于红外遥控器实现对种植参数的控制、调节及液晶显示。④ 完成了 LabVIEW 上位机程序设计,上位机程序基于串口协议实现对寄存器的读写操作,建立与硬件装置之间的通信,实现对种植参数的设置及调节,且对部分种植参数进行实时监测,完善了装置的可操作性和可视化。⑤ 细胞种植支架装置的测试与初步验证装置组装后,完成运行稳定性测试、温度及转速调节测试、上位机与液晶显示的一致性测试。设计正交实验测定细胞种植数量最多的组合,完成了装置的工艺参数优化,最佳组合为转速 1.5r/min、细胞液浓度为 7.5×105个/ml、旋转培养8h。在最佳种植参数下比较水平旋转式种植与静态培养后细胞在支架管材表面的分布均匀性,结果表明本种植装置显著改善了支架表面细胞的粘附均匀性。本研究致力于从制备方法上入手,独立自主设计了细胞种植支架装置,将电子电路知识、细胞培养技术等融入到细胞支架种植装置的设计上,改善细胞支架的种植效果,且装置操作简单,数字化、可视化、自动化程度较高。实验结果表明,本装置能够完成细胞支架的制备,且与静态培养法相比,显著改善了支架表面细胞的细胞粘均匀性。
..........
参考文献(略)

上一篇:便携式麻醉视频喉镜的医学设计与实现
下一篇:没有了

发布写论文需求
发布发表需求
发布发表转让

无忧论文网 网站公告

[无忧论文网]是专业论文写作润色及发表论文网站,提供论文精简,论文写作,专业辅导写职称论文,专业辅导写毕业论文,专业辅导写留学生论文等。
100%品质,100%通过,是您写作的理想合作网站。我们的客户风雨同舟,帮广大客户解决各类写作和发表难题。