摘要：整體膨脹實驗是獲得具有特定形狀軟組織力學(xué)特性的重要研究方法，該方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立思考能力，該實驗很少應(yīng)用于在相關(guān)的學(xué)生實驗和實踐工作中，因此，本文旨在設(shè)計用于生物力學(xué)實驗和實踐教學(xué)的整體膨脹實驗平臺，以滿足相關(guān)教學(xué)需要。

關(guān)鍵詞：膨脹教學(xué)；實驗平臺；思考能力

軟組織力學(xué)特性是生物力學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容，對于解釋疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要的作用，不同組織（包括正常組織和病理組織）的力學(xué)特性不同，其臨床表現(xiàn)也不同。可見，了解軟組織的力學(xué)特性對于醫(yī)生深入認(rèn)識疾病具有重要的意義。而對于我校生物力學(xué)課程的授課對象一醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生而言，使他們了解力學(xué)特性的相關(guān)知識和方法就顯得非常必要。

目前，軟組織力學(xué)特性的實驗方法主要包括拉伸實驗和整體膨脹實驗，拉伸實驗主要針對軟組織的條狀試件進(jìn)行單軸或雙軸拉伸，利用實驗機記錄軸向或雙方向的載荷位移數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理獲得材料的力學(xué)特性。拉伸實驗操作簡單、所用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，數(shù)據(jù)處理方便等，但對于具有特定性狀的軟組織而言，通過拉伸實驗無法獲得準(zhǔn)確的力學(xué)響應(yīng)，整體膨脹實驗則可以在不破壞軟組織形狀的基礎(chǔ)上，模擬生物體在體時的生理狀態(tài)，通過對整體軟組織進(jìn)行加壓，進(jìn)而獲得軟組織形變隨壓強的變化規(guī)律。

可見，對于具有特性形狀的軟組織材料，通過整體膨脹實驗獲得的力學(xué)響應(yīng)更符合生理實際，獲得的力學(xué)特性更準(zhǔn)確，該方法是目前研究軟組織力學(xué)特性的重要實驗方法。對于生物力學(xué)實驗和實踐教學(xué)而言，讓學(xué)生了解生物力學(xué)領(lǐng)域的重要研究方法是重要的教學(xué)任務(wù)，雖然整體膨脹實驗在相關(guān)的學(xué)生實驗和實踐工作中很少見到，但是考慮到我校生物力學(xué)課程的授課對象為醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生，因此，開發(fā)滿足實驗和實踐教學(xué)需要的整體膨脹實驗非常必要。

1.整體膨脹實驗平臺的設(shè)計

整體膨脹實驗是在不破壞軟組織整體形狀的情況下，對整體軟組織進(jìn)行加壓，同時記錄軟組織內(nèi)壓和變形的信息，通過數(shù)據(jù)處理，獲得軟組織的力學(xué)響應(yīng)。整體膨脹實驗的主要研究對象是管狀組織（主要包括血管）和類球缺狀組織（角膜、鞏膜、虹膜）。通過對血管等管狀材料進(jìn)行整體膨脹實驗，可以獲得血管直徑隨血管內(nèi)壓的變化規(guī)律；而對于類球缺狀材料，則可以得到頂點位移隨眼內(nèi)壓的變化或面積變化隨眼內(nèi)壓的變化。實際中，我們以管狀材料（兔腹主動脈）整體膨脹實驗為例，在已有工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計和搭建了整體膨脹實驗平臺，規(guī)范了實驗操作流程，統(tǒng)一了圖像和數(shù)據(jù)處理等流程，獲得了管狀材料的力學(xué)響應(yīng)和材料特性。

1.1實驗測試系統(tǒng)設(shè)計 管狀材料的整體膨脹實驗平臺主要包括加壓裝置和軟組織形變圖像采集和記錄系統(tǒng)。具體的實驗裝置示意圖見圖1，加壓裝置為微量注射泵，通過傳感器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)記錄加壓過程中的壓力變化；軟組織形變圖像采集和記錄系統(tǒng)主要包括顯微鏡、CCD和計算機。實驗過程中，通過加壓裝置對管狀材料進(jìn)行加壓，同時采集和記錄軟組織的變形信息。

1.2實驗操作步驟 采用過量麻醉劑將新西蘭兔處死，開腹分離腹主動脈，取出試件并置于生理鹽水中備用。測量并記錄血管壁厚、直徑和長度。

將試件兩端固定于夾具，將試件置于生理鹽水浴內(nèi)。連接設(shè)備，將壓力傳感器調(diào)零。調(diào)整試件位置，使CCD拍攝效果最佳。

對血管試件進(jìn)行預(yù)調(diào)，通過微量注射泵向血管內(nèi)注射生理鹽水，當(dāng)血管內(nèi)壓達(dá)到100 mmHg時停止注射，并卸載，當(dāng)血管內(nèi)壓達(dá)到0 mmHg時完成一次預(yù)調(diào)。預(yù)調(diào)三次后，進(jìn)行正式實驗。

利用微量注射泵向血管內(nèi)注入生理鹽水，對血管進(jìn)行加壓，加壓的同時，用CCD連續(xù)拍攝血管的形變圖像。當(dāng)血管內(nèi)壓達(dá)到300 mmHg時，停止注射。之后，利用微量注射泵回抽生理鹽水對血管進(jìn)行卸載，當(dāng)血管內(nèi)壓達(dá)到0 mmHg時，實驗結(jié)束。

1.3數(shù)據(jù)處理 對于血管材料，我們關(guān)注加壓過程中血管直徑的變化。因此，針對獲得的血管變形的序列圖像，利用Adobe Imageready軟件對血管直徑進(jìn)行測量，見圖2，在血管中段，通過血管上下表面做垂線，圖中的藍(lán)線即為血管直徑。