動物胸廓模型在生理載荷作用下的數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)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(yán)重影響患者的心理健康，使患者性格內(nèi)向，有自卑感。
　　當(dāng)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(dá)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(xué)環(huán)境的改變等生物力學(xué)研究卻很

2、少。在數(shù)值計(jì)算的研究中，不同學(xué)者使用的計(jì)算模型和計(jì)算方法差異很大，數(shù)值計(jì)算結(jié)果還缺少試驗(yàn)驗(yàn)證。受到倫理的限制，還不能采用電測試驗(yàn)的方法在人體上直接進(jìn)行應(yīng)變測量，通過比較應(yīng)變和位移來驗(yàn)證數(shù)值模擬所使用的計(jì)算模型及計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　目前在試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)布置參考了人體漏斗胸矯形過程數(shù)值計(jì)算的結(jié)果。通過WDW-10材料試驗(yàn)機(jī)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(diǎn)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(yàn)機(jī)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(diǎn)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(jìn)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(shí)體模型。對肋骨進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，制作了胸椎材料的試件進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)，得到肋骨及胸椎的材料參數(shù)。參照動物胸廓電測試驗(yàn)，給模型施加相應(yīng)的位移載荷和約束條件，計(jì)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