脉动生物反应器的研制

摘要

针对目前组织工程实验中的生物反应器在静态条件下无法满足心脏瓣膜细胞生长的环境要求的技术问题,在国家863项目的支持下,开发研制了一种新型的脉动生物反应器,它能够克服传统生物反应器的缺点,产生一种可以实现压力可调的动态的脉动流,同时与软件界面相结合,最终使瓣膜后的压力以曲线的形式显示于软件界面中。
　　 本课题所研制的脉动生物反应器是根据生物组织工程学原理、流体力学原理、自动控制原理以及机械设计原理相结合的方法构建出一个模拟人体内血流环境的循环系统。该系统是由模拟心脏泵、培养腔、差压调节器、电动调节阀、回流槽及PH计、电源控制箱等硬件共同构成的回路,通过差压调节阀与电动调节阀的综合控制,实现了对差压及平均压力的调控,从而最终实现对两者合成的瓣膜后压力的调节。此外,模块的小型化设计为瓣膜实验结束后进行消毒提供了便捷。
　　 另一方面,利用Visual Studio.NET2003开发平台中的MFC应用程序和C++语言编写思想设计出一套本系统专用的上位机界面软件,该界面外观大方,操作简单,功能齐全。通过对界面中按键事件的消息函数的添加,实现了对压力曲线的各种处理,使其在界面的显示区中可以任意的缩放,曲线的图像与它所对应的采集的数据点可分别以图像或者数据的形式存于电脑硬盘,方便日后进行分析对比。另外,本软件通过与数据采集卡及摄像头之间的数据传输,将脉动系统的软件与硬件有机的结合为一体。
　　 目前,整套脉动系统已经提供给第四军医大学西京医院心外科国家重点实验室进行试用,虽然实验结果中曲线的变化规律与多普勒方法测得的人体实际血压变化曲线存在着细微的差别,但是已经基本达到预期目标。本系统能够较好的逼近真实的人体内瓣膜细胞成长的压力环境为系统能够最终走进临床应用奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 脉动生物反应器的主要技术领域

1.2.1 生物领域

1.2.2 控制领域

1.2.3 机械工程领域

1.2.4 脉动生物反应器的研究意义

1.2.5 论文的结构安排

2 系统总体方案设计

2.1 总体方案设计原则

2.2 总体设计方案

2.2.1 硬件系统的机械与电路设计方案

2.2.2 上位机界面设计方案

2.3 本章小结

3 硬件系统的原理及其功能

3.1 反应器的工作原理

3.2 脉动生物反应器各组成结构及其功能

3.2.1 培养腔

3.2.2 调压装置

3.2.3 数据采集卡

3.2.4 回流槽与PH值检测计

3.2.5 电源控制箱

3.3 系统硬件的创新

3.4 本章小结

4 软件界面系统设计

4.1 Visual Studio.NET 2003开发工具简介

4.2 用户上位机界面的结构框架

4.3 用户界面软件的功能

4.3.1 菜单栏的基本功能

4.3.2 工具栏与状态栏

4.4 重要功能的程序设计

4.4.1 显示设置的部分程序

4.4.2 数据采集卡的部分程序

4.4.3 图像的存储部分程序

4.5 本章小结

5 结论

5.1 调试结果

5.2 软硬件的改进

6 结束语

6.1 全文总结

6.2 设计心得

致谢

参考文献

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