人工胸廓模型在生理載荷作用下的電測試驗研究.pdf

1、漏斗胸合并脊柱側(cè)彎是一種先天性疾病，其病癥為胸骨體向內(nèi)凹陷且伴有脊柱側(cè)彎癥狀，該疾病會導(dǎo)致前胸下部成漏斗狀，對心臟產(chǎn)生壓迫，影響患者的心肺功能，同時對患者的心理產(chǎn)生不良的影響。因為盲目矯形可能會加重脊柱側(cè)彎，臨床上醫(yī)生只能被迫放棄手術(shù)。
　　目前漏斗胸合并脊柱側(cè)彎矯形過程的研究多數(shù)依靠數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行參數(shù)研究方便，但也有一定的局限性，數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性需要通過實驗進(jìn)行驗證。受倫理限制，目前無法通過在體的電測試驗獲得矯形

2、過程中胸廓骨骼的應(yīng)變分布規(guī)律，同時因為無法獲得漏斗胸合并脊柱側(cè)彎的尸體標(biāo)本也無法進(jìn)行尸體的電測試驗。數(shù)值計算結(jié)果可以通過動物試驗和人工胸廓模型試驗進(jìn)行驗證，考慮到動物胸廓模型的的長軸位于矢狀面與人體胸廓模型長軸位于冠狀面不同，本文采用人工胸廓模型進(jìn)行電測試驗。胸廓模型的制作實踐顯示，制作漏斗胸合并脊柱側(cè)彎的胸廓模型十分復(fù)雜，不僅進(jìn)行3D打印的價格昂貴，而且3D打印的材料與骨骼材料的材料參數(shù)差別較大。作者采用高分子材料制作一個正常的人工胸

3、廓模型，對人工胸廓模型進(jìn)行生理載荷作用下的電測實驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬，比較了與實驗結(jié)果的誤差。
　　人工胸廓模型包括2塊胸骨、12塊胸椎及12對肋骨，通過連接件連接了胸骨，肋骨和胸椎。實驗中運(yùn)用電子萬能試驗機(jī)對人工胸廓模型施加生理載荷，并運(yùn)用靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)測出人工胸廓模型在生理載荷作用下各部位的應(yīng)變，主要測量胸骨、肋軟骨、肋骨近端和肋骨遠(yuǎn)端部位的應(yīng)變。其中實驗方案的設(shè)計和測點(diǎn)布置參考了數(shù)值計算結(jié)果。
　　為了與實

4、驗結(jié)果進(jìn)行比較，實驗前對人工胸廓模型進(jìn)行CT掃描，然后運(yùn)用Mimics和Geomagic studio軟件重建了人工胸廓的三維模型，導(dǎo)入有限元分析軟件ABAQUS6.11中進(jìn)行人工胸廓模型在生理載荷作用下的數(shù)值模擬仿真分析，主要分析人工胸廓模型在生理載荷作用下的位移場、應(yīng)力應(yīng)變場。
　　參數(shù)研究主要考慮了兩種因素，一是研究了肋軟骨對人工胸廓模型在生理載荷作用下的位移場和應(yīng)力應(yīng)變場的影響，二是在胸椎之間創(chuàng)建了椎間盤，研究了椎間盤對人