肋間肌對(duì)胸廓變形影響的實(shí)驗(yàn)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(fù)，然而對(duì)術(shù)后產(chǎn)生大變形的前胸廓力學(xué)環(huán)境的變化很少有生物力學(xué)方面的研究。
　　目前大多采用數(shù)值模擬的方法預(yù)測(cè)漏斗胸矯形手術(shù)結(jié)果。數(shù)值模擬的優(yōu)點(diǎn)是能較快得到結(jié)果且便于進(jìn)行參數(shù)研究，但是其計(jì)算模型和計(jì)算方法還需要實(shí)驗(yàn)與臨床的檢驗(yàn)。已有的研究漏斗胸合并脊柱側(cè)彎矯形的數(shù)值模擬計(jì)算模型包括基于三維重建的實(shí)體模型和基于梁?jiǎn)卧挠?jì)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(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究工作均沒(méi)有考慮肋間肌對(duì)胸廓變形的影響，研究和探索肋間肌對(duì)胸廓變形的影響機(jī)理對(duì)于采用合理的數(shù)值計(jì)算模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(duì)漏斗胸矯形過(guò)程的研究還缺少實(shí)驗(yàn)研究方面的工作，雖然可以通過(guò)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(chǎng)，但是檢驗(yàn)數(shù)值模擬所用計(jì)算模型和計(jì)算方法的正確性只能通過(guò)比較

3、位移場(chǎng)的結(jié)果，還缺少肋骨和肋軟骨應(yīng)變方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。目前在胸廓變形的實(shí)驗(yàn)研究中存在的主要問(wèn)題是，受到倫理的限制，還不能采用電測(cè)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行人的在體模型和離體模型應(yīng)變測(cè)量。雖然可以制備與人體胸廓構(gòu)造相同的人工胸廓實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，但是人工模型沒(méi)有肋間肌，無(wú)法研究肋間肌對(duì)胸廓變形的影響，同時(shí)，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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶暨x中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物模型中的豬胸廓和羊胸廓可以作為研究肋間肌對(duì)胸廓變形影響的實(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。文中通過(guò)電測(cè)試驗(yàn)獲得了動(dòng)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(yīng)變分布規(guī)律，設(shè)計(jì)了肋間肌的切除方案，對(duì)部分和全部切除肋間肌的動(dòng)物胸廓模型進(jìn)行了電測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)多次重復(fù)試驗(yàn)，得到了肋間肌對(duì)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(yùn)用Mimics和

5、NX軟件，創(chuàng)建了包括胸骨、椎體、肋骨和椎間盤(pán)和肋間肌的胸廓三維簡(jiǎn)化計(jì)算模型。參考羊胸廓電測(cè)實(shí)驗(yàn)的方法與結(jié)果，在三維簡(jiǎn)化的胸廓計(jì)算模型上施加矢狀面的位移，通過(guò)數(shù)值模擬獲得了人體胸廓模型的位移場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，參數(shù)研究考慮了肋間肌對(duì)胸廓變形的影響。
　　研究結(jié)果顯示肋間肌會(huì)影響胸廓變形，不同位置的肋間肌對(duì)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(duì)胸廓變形的影響較為明顯。本文首次對(duì)不同位置肋間肌對(duì)胸廓變形的影響展開(kāi)研究，同