動物胸廓模型在生理載荷作用下的數(shù)值模擬與試驗驗證.pdf

1、漏斗胸是一種先天性并伴有家族遺傳性的胸廓畸形疾病，占所有胸壁畸形的90％。漏斗胸畸形使胸骨及肋軟骨向內(nèi)凹陷，造成對患者心肺的壓迫，同時，漏斗狀畸形的外觀，嚴重影響患者的心理健康，使患者性格內(nèi)向，有自卑感。
　　當前，治療漏斗胸主要是以Nuss手術(shù)為代表的微創(chuàng)矯形手術(shù)。Nuss手術(shù)的方法是在保持胸廓骨骼完整的前提下抬舉凹陷的胸骨及肋軟骨，從而達到治愈的目的，但其中涉及到的抬舉力的變化規(guī)律及胸廓大變形后力學環(huán)境的改變等生物力學研究卻很

2、少。在數(shù)值計算的研究中，不同學者使用的計算模型和計算方法差異很大，數(shù)值計算結(jié)果還缺少試驗驗證。受到倫理的限制，還不能采用電測試驗的方法在人體上直接進行應(yīng)變測量，通過比較應(yīng)變和位移來驗證數(shù)值模擬所使用的計算模型及計算方法的準確性。
　　目前在試驗研究中能夠采用的模型有人工骨胸廓模型和動物胸廓模型，考慮到研究肋間肌對胸廓變形影響的需要，本文采用電測試驗方法研究了羊胸廓模型在生理載荷作用下胸廓位移，肋骨和肋軟骨的應(yīng)變分布規(guī)律。以新鮮的動

3、物（羊）胸廓為研究對象，保留肋間肌與胸骨內(nèi)側(cè)肌肉，在肋骨上下兩端以及肋軟骨上分別粘貼3組電阻應(yīng)變片，測點布置參考了人體漏斗胸矯形過程數(shù)值計算的結(jié)果。通過WDW-10材料試驗機給胸廓施加矢狀面位移，位移大小參考了漏斗胸的矯形位移，得到了載荷-位移曲線，通過動態(tài)電阻應(yīng)變儀得到測點的應(yīng)變。作者還研究了肋間肌對于動物胸廓變形的影響，將去除肋間肌的胸廓放在材料試驗機施加矢狀面位移，數(shù)值參考沒有去除肋間肌胸廓模型的位移，得到了沒有肋間肌時胸廓的載荷

4、—位移曲線及測點的應(yīng)變。通過有無肋間肌的位移—載荷曲線及應(yīng)變數(shù)值的比較，確定了肋間肌對胸廓模型在生理載荷作用下變形影響的規(guī)律。
　　文中還對動物胸廓進行了CT掃描，重建了動物胸廓包括胸骨，椎體和肋骨的三維實體模型。對肋骨進行三點彎曲試驗，制作了胸椎材料的試件進行了壓縮試驗，得到肋骨及胸椎的材料參數(shù)。參照動物胸廓電測試驗，給模型施加相應(yīng)的位移載荷和約束條件，計算得到了動物胸廓模型的位移及應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律。
　　最后對得到動物