肋間肌對胸廓變形影響的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、Nuss手術(shù)目前已被廣泛用于漏斗胸合并脊柱側(cè)彎的治療中，其創(chuàng)傷較小有利于患者康復，然而對術(shù)后產(chǎn)生大變形的前胸廓力學環(huán)境的變化很少有生物力學方面的研究。
　　目前大多采用數(shù)值模擬的方法預測漏斗胸矯形手術(shù)結(jié)果。數(shù)值模擬的優(yōu)點是能較快得到結(jié)果且便于進行參數(shù)研究，但是其計算模型和計算方法還需要實驗與臨床的檢驗。已有的研究漏斗胸合并脊柱側(cè)彎矯形的數(shù)值模擬計算模型包括基于三維重建的實體模型和基于梁單元的計算模型。兩種模型得到胸骨的抬高位移與臨

2、床結(jié)果一致，但是脊柱側(cè)彎結(jié)果存在較大差異。已有的實驗與數(shù)值模擬研究工作均沒有考慮肋間肌對胸廓變形的影響，研究和探索肋間肌對胸廓變形的影響機理對于采用合理的數(shù)值計算模型準確預測漏斗胸合并脊柱側(cè)彎微創(chuàng)矯形效果和制定微創(chuàng)矯形手術(shù)方案具有重要的臨床意義。
　　目前對漏斗胸矯形過程的研究還缺少實驗研究方面的工作，雖然可以通過漏斗胸矯形病例的術(shù)前和術(shù)后影像資料獲得矯形后胸廓位的位移場，但是檢驗數(shù)值模擬所用計算模型和計算方法的正確性只能通過比較

3、位移場的結(jié)果，還缺少肋骨和肋軟骨應變方面的實驗結(jié)果。目前在胸廓變形的實驗研究中存在的主要問題是，受到倫理的限制，還不能采用電測實驗方法進行人的在體模型和離體模型應變測量。雖然可以制備與人體胸廓構(gòu)造相同的人工胸廓實驗模型，但是人工模型沒有肋間肌，無法研究肋間肌對胸廓變形的影響，同時，采用人工模型在模型材料的篩選，模型的制備和裝配方面也面臨許多困難。作者在實驗模型的挑選中發(fā)現(xiàn)，動物模型中的豬胸廓和羊胸廓可以作為研究肋間肌對胸廓變形影響的實驗

4、模型，但是受屠宰方式和加工方式的影響，目前較難獲得完整的豬胸廓模型，考慮到容易獲得完整的羊胸廓模型，本文采用羊胸廓模型作為實驗模型。文中通過電測試驗獲得了動物胸廓在矢狀面位移載荷作用下的載荷位移曲線，以及胸廓肋骨，肋軟骨的應變分布規(guī)律，設計了肋間肌的切除方案，對部分和全部切除肋間肌的動物胸廓模型進行了電測實驗，通過多次重復試驗，得到了肋間肌對胸廓變形影響的規(guī)律。
　　本文根據(jù)漏斗胸微創(chuàng)矯形病例的術(shù)后胸廓CT圖像，運用Mimics和

5、NX軟件，創(chuàng)建了包括胸骨、椎體、肋骨和椎間盤和肋間肌的胸廓三維簡化計算模型。參考羊胸廓電測實驗的方法與結(jié)果，在三維簡化的胸廓計算模型上施加矢狀面的位移，通過數(shù)值模擬獲得了人體胸廓模型的位移場和應力應變場，參數(shù)研究考慮了肋間肌對胸廓變形的影響。
　　研究結(jié)果顯示肋間肌會影響胸廓變形，不同位置的肋間肌對胸廓變形影響的程度不同，其中第5到第9根肋骨之間的肋間肌對胸廓變形的影響較為明顯。本文首次對不同位置肋間肌對胸廓變形的影響展開研究，同