有限元分析法在鸡胸微创手术模拟中的应用

作者：陈诚豪; 王君臣^*; 张娜; 于洁; 严冬; 徐长琪; 刘鼎义; 张谦; 曾骐^*

来源：中华小儿外科杂志, 2018, 39(09): 665-669.

DOI：10.3760/cma.j.issn.0253-3006.2018.09.006

• 鸡胸
• 有限元分析
• 外科手术, 微创性

目的探讨有限元分析法在鸡胸胸廓生物力学分析及微创手术模拟中的应用, 及其指导手术方案制定的可行性。方法在采用有限元分析法建立1例鸡胸胸廓模型及内植入支架模型的基础上, 利用ABAQUS力学分析软件将支架与胸廓模型进行装配。支架位置平行于xx轴, 以胸骨最高点为基准位置(设为原点), 分别在其zz轴方向设置+20 mm、+10 mm、-10 mm共4个不同内植入支架放置位置的鸡胸微创手术有限元模型。再于支架表面设置yy方向向内的相同大小集中力载荷, 运行ABAQUS软件, 求解胸廓模型在静态载荷下肋骨应力分布及胸骨位移, 从而分析不同支架放置位置对胸廓产生的应力分布与胸骨位移变化。结果在4个不同支架放置位置的鸡胸微创手术模拟中, 在前胸壁施加相同外力后, 胸骨发生不同大小的内向位移。其中, +20 mm处最大位移为11.20 mm, +10 mm处最大位移为14.85 mm, 原点处最大位移为24.65 mm, -10 mm处最大位移为17.59 mm。施加在前胸壁的外力通过肋软骨传导至硬肋, 并在后肋处形成较大应力分布。其中, +20 mm处最大应力为85.56 MPa, +10 mm处最大应力为105.82 MPa, 原点处最大应力为84.93 MPa, -10 mm处最大应力为86.69 MPa。本研究中支架不同位置产生的胸骨位移不同, 后肋应力分布两侧基本对称。支架位于胸骨最下端时产生后肋应力最小, 胸骨位移最大。结论应用鸡胸胸廓有限元模型行鸡胸微创手术模拟, 可协助医生在术前制定并优化手术方案, 提高手术效果。

• 单位
  首都医科大学附属北京儿童医院; 北京航空航天大学; 国家儿童医学中心(北京); 自动化学院