织物接触感知的磁共振成像及细观力学表征

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本文首次把神经生物学、医学影像学、细观材料力学、现代原位测量技术与织物接触感知进行融合研究。初步建立了织物感知神经生物学和纤维细观接触力学的理论框架和研究方法,通过理论分析和实验研究,证实了其对织物触感研究的有效可靠。   论文第一章从服装热湿传递、机械接触、特殊场合纺织品舒适性、非触觉舒适和生理心理舒适方面,对纺织舒适性研究进行了综述,指出了目前研究的偏向和瓶颈问题,提出了本文的研究方向和研究手段。   论文第二章整理归类了皮肤织物神经生物学感知有关的最新最重要的基础理论知识,并加以分析说明,为紧接的神经生物学感知实验作了铺垫。织物产生的压迫感、软硬感、粗糙感和滑糯感是皮肤基本感觉基础上综合派生的感觉。如皮肤温度感觉与体温调节相关联;织物湿感只是间接感觉;疼感和痒感的皮肤感受器共用,但脑激活作用区不一,神经感知有差异。   随后论文讨论了神经生物学研究相关方法和设备。比较了各种方法的优缺点,由躯体对织物接触感知特性可知,磁共振方法是目前研究织物神经生物学感知的技术最先进、结果最可靠、重现性相对最好的观察及利器。通过功能磁共振成像系统配合头颈联合相控阵线圈进行测量,实验设计的块状刺激模式下的单次激发平面回波成像及梯度回波序列扫描测试,利用Matlab、SPM和Talairach软件作综合脑磁共振数据客观定量的分析,可谓是目前相对效率最高、可操作性最强、伤害最小的织物触感脑神经生物学方法。   最后详细描述了织物接触感觉功能磁共振实验之目的、织物刺激方法、局部环境控制方法,设备类型、扫描参数、数据采集方法,以及六组实验具体条件,及其激活区结果的逐一分析和对比。实验验证了脑功能磁共振方法能确定织物接触神经生物感知的脑空间定位,以及相对激活区的强度和差异。织物接触感觉特征功能脑区主要在顶叶,其次在颞叶和额叶,再次枕叶和小脑作为协同相关作用,或有时也参与其中。在局部皮肤低温条件下刺激,激活区域明显减小,而相对激活强度略有增加,脑岛和颞横回是该条件下的特征脑区域。在局部皮肤高温条件下刺激,激活区域位置基本不变,激活区域面积增加,激活强度略有增加。不同志愿者由于身体状况差异以及生活工作背景不同,对相同织物刺激的神经生物学反应有所不同,皮肤表面温度是一个重要参考指标。苎麻/棉织物接触皮肤的脑神经激活区要比蚕丝/粘胶织物激活区大,强度也大,颞上回和中央后回激活区较明显是苎麻/棉织物脑激活重要区域。织物体感对于服装穿着舒适性更具实际意义,织物体感和织物手感有很大差异,织物体感激活区相对集中,强度略大,而织物手感激活区相互粘连,强度略小,织物手感是多区域联动的一种神经生物学感知。   论文第三章突破了传统宏观织物风格和手感分析思路和手段,在纺织领域中首次运用细观材料力学分析方法,分析材料表面纤维复杂细观结构信息对宏观接触性能的贡献,首先比较了协调性宏观力学研究方法与非协调性细观力学研究方法的差异,然后逐一讨论了轴向拉伸、轴向纯压缩、挤压纯弯曲、屈曲、挠曲、摩擦屈曲、多模屈曲、二次屈曲、无载荷、纤维束横向压缩和横向压缩各种纤维接触形式,最后讨论了有效截面形状、有效屈曲模量和真实接触面积这三个重要影响因素,并分析了织物纤维接触的软物质特性。   论文第四章描述了具有原创性和新颖性的纤维接触性能系统测试方法和装置。根据研发阶段和主要功能分为纤维接触系统Ⅱ型、纤维接触系统Ⅲ型、纤维接触系统Ⅳ型和纤维接触系统Ⅴ型。   随后通过单纤维屈曲典型实验、纤维有效屈曲模量实验、有效拉伸模量实验、摩擦屈曲实验、纤维变角度接触实验、织物纤维法向接触实验、织物纤维切向接触实验结果和织物纤维接触真实面积实验,进行了接触力学全方位实验验证。这些实验中,除单拉伸实验和单纤维摩擦实验外,其它实验皆为原创实验方法和装置测量所得。  
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