漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程的数值模拟

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1、中图分类号TH1J..4论文编号1006015-0049学科分类号460.1530密级TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY硕士学位论文漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程的数值模拟NumericalSimulationtotheMinimalInvasionCorrectionofPectusExcavatumwithScoliosis广

2、jfc!LLL,I*5机械工程机械设计及理论赵媚娇董培蓓教授天津理工大学研究生部〇一五年独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研宄成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰

3、写过的研宄成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：忽网巧签字曰期：球年3月//曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复木和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：赵調导师签名片签字日期：抓年3月丨

4、日签字日期：X年

5、、月/丨日分类号：TH114密级：天津理工大学研究生学位论文漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程的数值模拟（申请硕士学位）学科专业：机械设计及理论研究方向：机械强度分析及现代设计理论作者姓名：赵媚娇指导教师：董培蓓教授2015年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeNumericalSimulationtotheMinimalInvasionCorrectionofPectusExcavatumwithScoliosisByMeijiaoZhaoSupervisorPeibeiDongJanuar

6、y2015摘要漏斗胸是一种先天性疾病，其病症为胸骨体向内凹陷，导致前胸下部成漏斗状，造成对心脏压迫，影响患者的心肺功能，约有30%漏斗胸患者伴有特发性脊柱侧弯畸形。临床上已经发现，胸腔凹陷畸形与脊柱侧弯的弓形畸形位于同一侧时，进行漏斗胸矫形后，多数患者的脊柱侧弯症状得到改善，反之，脊柱侧弯症状加重。研究漏斗胸合并脊柱侧弯的矫形过程可以采用实验方法和数值模拟方法。受伦理限制，目前无法通过在体的电测试验获得胸廓骨骼的应变分布规律，同时因为无法获得漏斗胸合并脊柱侧弯的尸体标本也无法进行尸体的电测试验。目前对漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程进行数值模拟已经成为获取矫形过程中位移场和应力应变场的主要

7、方法。本文对漏斗胸微创矫形过程进行数值模拟的目的是认识漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形的机理，确定漏斗胸矫形对脊柱侧弯的影响因素，为临床NUSS手术提供合理的理论依据，同时为人工骨胸廓模型和动物胸廓矫形实验提供参考。文中采用Mimics、Geomagicstudio及Pro/E软件重建了一例漏斗胸合并脊柱侧弯患者的前胸廓模型，模型中包括胸骨、肋骨及胸椎。作者发展了一种保证间盘与锥体的密切粘接的间盘建模方法，较好地解决了在Mimics软件中创建椎间盘困难的问题。采用ANSYS软件模拟了漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形的过程，模拟中考虑了几何非线性的影响。为解决数值模拟实验验证方面的困难，文中还采用AB

8、AQUS软件对漏斗胸合并脊柱侧弯的矫形过程进行了数值模拟，对两种计算结果进行了比较。文中分别对不考虑间盘和考虑间盘的两种模型进行了数值模拟，分析了间盘对矫形过程的影响。数值模拟分析结果显示患者经矫形后胸骨被抬高，漏斗胸症状得到明显改善，同时脊柱弯曲程度有所减轻，证实胸腔凹陷畸形与脊柱侧弯的弓形畸形在同一侧时，漏斗胸矫形有助于改善脊柱侧弯畸形。计算结果显示椎间盘具备吸收脊柱变形的功能。根据数值计算结果设计的手术方案已经在北京军区总医院的临床手术中应用，手术结果显示，患者漏斗胸症状和脊柱侧弯程度的改善与数值模拟预测的结果一致。作者根据数值模拟得到的胸廓位移场和应力应变场分布规律，提出了进行人

9、工骨胸廓模型和动物胸廓模型电测试验的指导性建议。关键词：漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形数值模拟临床手术AbstractPectusexcavatumisacongenitaldisease,whosesymptomiscorporasternisinksinward,leadingthebottomoftheforebreastfunnel-shaped,causingheartoppressed,andaffectingthefunc