正常人耳廓生物力學基本特征的研究.pdf

1、先天性小耳畸形為整形外科常見疾病，在不同國家和地區(qū)均具有較高的發(fā)病率。主要臨床表現為耳廓及外耳道缺如，患者治療意愿較為強烈。同時由于各種外傷導致的耳廓缺損亦需要進行全耳再造及修復。目前經典的全耳再造方法為Tanzer提出，但此法手術周期較長，給患者帶來較大痛苦。隨后得到了Nagata及Brent等對手術做了改進，形成了經典的Nagata法及Brent法。我國學者在其基礎上，改良使用擴張器擴張皮瓣后，再行肋軟骨支架雕刻及移植的全耳再造技術

2、，效果良好。以上各種不同術式全耳再造均是通過模擬構建正常人耳軟骨支架細節(jié)，進行耳再造。在進行耳再造過程中，軟骨支架在表現出各個美學細節(jié)基礎上，能夠承受一定應力對于再造耳廓形態(tài)的維持非常重要。由于耳廓外形復雜，細節(jié)較多，純手工雕刻的支架無法完全顯示其全部細節(jié)，而影響術后效果及術后患者滿意度，因此有學者希望通過計算機輔助技術指導術中支架雕刻，力求取得良好的再造耳外形，亦需要了解耳廓應力分布情況。
　　鑒于目前全耳再造術式的缺點，有學者

3、探索通過組織工程的方法構建人耳外形軟骨。在研究組織工程軟骨過程中，缺乏正常人軟骨生物力學數據指導其構建，因此，有必要對耳軟骨進行基本的生物力學試驗，了解其基本材料屬性。在進行有限元分析過程中，生物材料的材料屬性極其重要，因此若要分析耳廓結構應力分布情況，就需要明確耳軟骨生物力學基本屬性，同時綜合分析以往研究資料，以明確其基本材料屬性。
　　宏觀的生物力學特性往往與生物材料微觀結構密切相關。目前對于耳軟骨生物力學及其與生物力學特征相

4、關的微觀結構的研究相對較少。耳軟骨主要由軟骨細胞及細胞外基質組成。動物實驗研究表明，耳軟骨基質由蛋白多糖、膠原纖維及彈力纖維等結構構成。在發(fā)育畸形的耳軟骨中，其微觀成分也會發(fā)生相應改變，進而影響軟骨生物力學性能。隨著軟骨纖維成分減少、分布雜亂，其軟骨彈性降低，強度減小。目前未對正常人耳軟骨的組織學特征進行全面研究，因此我們在研究耳軟骨生物力學宏觀特性的時候，需要對其微觀結構，包括巨微結構進一步了解。
　　研究目的：
　　通過

5、英斯特朗萬能材料試驗機對正常人耳軟骨標準試件進行抗拉試驗，使用組織學及電子顯微鏡方法了解其顯微結構、纖維成分以及巨微結構，了解其生物力學基本特征，同時結合以往研究結果，進一步分析其材料屬性。使用Mimics軟件對正常人耳軟骨及耳廓結構進行三維重建，應用Abaqus軟件分析正常人耳廓應力分布情況，獲取應力云圖，并分析其意義。
　　研究材料：
　　第一部分:獲取正常人耳軟骨，制作標準試件后，使用英斯特朗萬能材料試驗機進行抗拉試驗

6、，獲取載荷-位移曲線，和彈性模量、剛度、峰值載荷等基本數據，同時進行統(tǒng)計學分析。對正常人耳軟骨進行H-E、Masson、VG、EVG、免疫組織化學和電子顯微鏡觀察，分析與生物力學特征密切相關的微觀結構。
　　第二部分:獲取正常人耳廓結構CT圖像，導入MIMICS軟件后完成三維重建，獲取STL格式數據，導入ABAQUS有限元分析軟件，結合第一部分研究結果對其進行賦值，加載靜態(tài)載荷后，獲取有限元分析應力云圖，分析正常人耳廓應力分布情況

7、。
　　研究結果：
　　第一部分:獲取了正常人耳軟骨標準試件載荷-位移曲線，持續(xù)增大載荷時曲線穩(wěn)定上升，即隨著載荷的加大，位移亦出現增大，至峰值載荷部位后，試件斷裂后，曲線呈現即刻下降趨勢。獲得彈性模量、峰值載荷和剛度分別為:(42.59±16.76)MPa、(16.24±6.02)N、(5.78±1.74) N/mm。軟骨微觀結構由雙側軟骨膜以及軟骨基質構成，背側軟骨膜可分為纖維層、增殖層和移行層，背側軟骨膜明顯厚于腹側，

8、軟骨膜主要由Ⅰ型膠原纖維構成，軟骨基質則以Ⅱ型膠原纖維和彈力纖維為主，同時我們發(fā)現了軟骨膜進入軟骨基質的錨定結構。
　　第二部分:獲取正常人耳廓結構CT圖像后完成耳軟骨及耳廓結構的三維重建，所得三維結構形態(tài)真實，表面光滑，能夠滿足有限元分析，且軟骨厚度與既往研究結果一致。進行有限元分析后發(fā)現，耳廓結構主要應力分布于耳軟骨與顱骨錨定部位，且耳廓頂部應力最為集中。
　　研究結論：
　　通過對正常人耳軟骨進行生物力學試驗，我