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基于NUSS手术的漏斗胸矫正手术方案研究

作　者: 梁林
导　师: 叶金铎
学　校: 天津理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 漏斗胸 Nuss手术三维造型有限单元法生物力学分析
分类号: R655
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

漏斗胸是一种常见的先天性胸廓畸形,发病率为0.1%~0.3%,其主要特点是以剑突为中心的胸骨下段及相应的肋软骨向后凹陷,严重情况下凹陷的胸骨会压迫心脏,降低肺活量,影响患者的心肺功能,同时胸壁畸形的外观,会造成患者自卑感,心理损害。纠治漏斗胸的手术方式有多种,包括Nuss手术、Ravitch手术和胸骨翻转术,几种手术方式都有各自的优势与特点,但是Nuss手术以其优于其它几种手术方式的治疗效果,成为时下最为外科医生所推崇的漏斗胸矫正手术方式。在Nuss手术中,通过在患者体内插入矫形板,强制性抬高凹陷的胸骨及部分肋软骨,达到矫正漏斗胸的目的,但对术后产生大变形的胸骨及肋软骨力学环境的改变却鲜有研究。本课题就是要通过生物力学有限元仿真的方法,模拟Nuss手术过程,研究其改变胸骨及肋软骨的力学环境对人体产生的影响,得到相关数据,为漏斗胸矫正手术提供理论依据;同时对Nuss手术做参数化研究,为以后提出一种更切实可行的漏斗胸矫正手术方案提供了可能。目的建立漏斗胸患者前胸廓三维实体模型,进行生物力学有限元仿真分析,为Nuss手术提供可参考的依据,并提出更可行的手术方案。方法首先利用三维造型软件Mimics和逆向工程软件Geomagic Studio的三维造型功能,构建出漏斗胸患者前胸廓三维模型,包括患者前胸廓图像数据采集、生成点云数据和构建前胸廓三维实体造型;然后利用有限元分析软件ANSYS建立三维有限元模型,共198964个单元,332216个节点,赋予模型相关材料属性,模拟Nuss手术过程,对模型进行生物力学有限元仿真分析。结果和讨论本文完整重现了漏斗胸患者前胸廓骨骼的复杂形态,提出了一种配合使用三维造型软件Mimics和逆向工程软件Geomagic Studio构建人体骨骼三维实体分体模型的方法,建立了包括肋骨、肋软骨、胸骨体和胸椎在内的鲜明、直观的漏斗胸患者前胸廓三维有限元模型。通过有限单元法,对Nuss手术过程进行生物力学仿真分析,得到了漏斗胸患者经过Nuss手术后,前胸廓力学环境改变的相关数据,为之前只是凭医生经验进行的Nuss手术提供可参考的依据。综上所述,本文所建立的三维模型一定程度上反映了漏斗胸患者前胸廓骨骼的生物力学特性,并且得到了经过Nuss手术后,前胸廓力学环境改变的相关数据,所以该模型为今后更好的研究漏斗胸矫正手术,提出参数化手术方案打下了良好的基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 前言  10-11
    1.1.1 人体结构学基本术语  10-11
  1.2 胸廓的生理解剖结构  11-12
    1.2.1 胸椎  11-12
    1.2.2 肋骨及胸骨体  12
  1.3 漏斗胸及矫正手术简介  12-15
    1.3.1 漏斗胸介绍  12-14
    1.3.2 传统漏斗胸矫正手术  14-15
  1.4 生物力学有限单元法介绍  15-19
    1.4.1 有限单元法简介  15-17
    1.4.2 生物力学简介  17-18
    1.4.3 有限元法在生物力学中的应用  18-19
  1.5 论文研究内容、目的与章节安排  19-22
    1.5.1 论文的研究内容  19-20
    1.5.2 论文的研究目的与意义  20
    1.5.3 章节安排  20-22
第二章 Nuss 手术介绍  22-26
  2.1 Nuss 手术简介  22-23
  2.2 Nuss 手术过程  23-24
  2.3 Nuss 手术的优缺点及发展前景  24-26
    2.3.1 Nuss 手术的优点  24
    2.3.2 Nuss 手术的缺点  24-25
    2.3.3 Nuss 手术的发展前景  25-26
第三章漏斗胸患者前胸廓三维建模  26-39
  3.1 研究环境与软件介绍  26-29
    3.1.1 Mimics 软件简介  26-27
    3.1.2 逆向工程简介  27-28
    3.1.3 Geomagic Studio 软件简介  28-29
  3.2 人体骨骼模型重建发展概况  29-30
  3.3 前胸廓三维模型重建  30-38
    3.3.1 数据采集  30-31
    3.3.2 图像处理  31-34
    3.3.3 生成三维实体模型  34-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 Nuss 手术有限元分析  39-53
  4.1 ANSYS 软件介绍  39-41
    4.1.1 ANSYS 简介  39-40
    4.1.2 ANSYS 分析类型  40
    4.1.3 ANSYS 分析步骤  40-41
  4.2 漏斗胸前胸廓有限元模型构建  41-43
    4.2.1 在ANSYS 中导入三维实体模型  41-43
    4.2.2 生成有限元模型  43
  4.3 Nuss 手术生物力学有限元仿真分析  43-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章结论和展望  53-54
  5.1 结论  53
  5.2 展望  53-54
参考文献  54-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58-60

基于NUSS手术的漏斗胸矫正手术方案研究

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