局部皮瓣三維有限元模型的建立及其生物力學(xué)規(guī)律的模擬分析.pdf

1、1.目的：獲取人體皮膚生物力學(xué)參數(shù)。建立臨床常用的四種局部皮瓣的三維有限元簡化模型和局部皮瓣的三維有限元仿真模型。模擬局部皮瓣手術(shù)區(qū)域在手術(shù)中、手術(shù)后的皮膚變形情況。通過模擬尋找局部皮瓣轉(zhuǎn)移、縫合過程中的力學(xué)變化規(guī)律,輔助臨床進(jìn)行術(shù)前皮瓣設(shè)計(jì),提高皮瓣利用率,減少并發(fā)癥。
　　 2.方法：利用手術(shù)廢棄的人體皮膚試件進(jìn)行皮膚的生物力學(xué)參數(shù)測定試驗(yàn)。利用三維有限元軟件MSC.Marc/Mentat2005建立局部皮瓣的三維有限元模型

2、,包括四種臨床常用的局部皮瓣的三維有限元簡化模型,分別為:推進(jìn)皮瓣模型、旋轉(zhuǎn)皮瓣模型、菱形皮瓣模型、“Z”改形皮瓣模型。對患者手術(shù)區(qū)域的皮膚進(jìn)行三維掃描得到三維立體圖像,利用三維圖像操作軟件Geomagic Studio8.0和三維有限元軟件MSC.Marc/Mentat2005建立真實(shí)病例的局部皮瓣三維有限元仿真模型。將皮膚的生物力學(xué)參數(shù)代入建立的各皮瓣模型,通過對模型上的節(jié)點(diǎn)施加精確位移值模擬各皮瓣在手術(shù)中的位移、縫合過程,計(jì)算手術(shù)

3、區(qū)域內(nèi)部位移約束釋放后皮膚的變形情況,計(jì)算術(shù)后區(qū)域皮膚應(yīng)力、手術(shù)切口張力,繪制相應(yīng)的應(yīng)力、張力分布云圖。對于同一類型的局部皮瓣模型,通過改變切口位置、缺損范圍、皮膚材料屬性等,對比分析這些因素對術(shù)后效果的影響。
　　 3.結(jié)果：根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出了人體皮膚的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。根據(jù)局部皮瓣三維有限元模型模擬計(jì)算的結(jié)果,以云圖的方式繪制出了局部皮瓣手術(shù)的術(shù)中和術(shù)后區(qū)域皮膚的位移圖、應(yīng)力大小和分布圖、切口張力大小和分布圖。根據(jù)改變切口位

4、置、缺損范圍、皮膚材料屬性模擬的局部皮瓣術(shù)后結(jié)果顯示:1)局部推進(jìn)皮瓣在皮瓣伸長比例達(dá)到或超過50％時(shí)將超過屈服極限發(fā)生塑性形變。2)圓心角為60°的扇形旋轉(zhuǎn)皮瓣在皮瓣旋轉(zhuǎn)角度超過30°時(shí)將可能超過屈服極限發(fā)生塑性形變。3)夾角為60°的“Z”改型局部皮瓣雖然可以獲得更大的延長率,但其術(shù)后區(qū)域應(yīng)力值、切口張力值都要明顯高于夾角為45°的皮瓣。4)采用人體額部皮膚材料參數(shù)的局部皮瓣模型術(shù)后的最大區(qū)域應(yīng)力值、最大切口張力值都要明顯高于股前區(qū)

5、皮膚材料參數(shù)的局部皮瓣模型。5)局部皮瓣三維有限元仿真模型可以較準(zhǔn)確地模擬預(yù)測患者皮膚變形情況、張力分布情況。
　　 4.結(jié)論：人體皮膚的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈非線性關(guān)系。在不考慮血運(yùn)的情況下,局部推進(jìn)皮瓣伸長比例應(yīng)控制在40％范圍內(nèi)。在不考慮血運(yùn)的情況下,圓心角為60°的扇形旋轉(zhuǎn)皮瓣的皮瓣旋轉(zhuǎn)角度不應(yīng)超過30°。對于“Z”改形皮瓣,夾角為60°的皮瓣比夾角為45°的皮瓣能更好地減輕瘢痕線方向的皮膚應(yīng)力和張力。不同部位的皮膚,即使手術(shù)