三维有限元技术咽喉部疾病应力分析研究

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目的:  1.通过悬吊拉伸法测量犬喉声带固有应力值,用于完善声带振动的三维有限元模型,探索其在声带应力评估中的应用。2.基于小儿上呼吸道CT图像,构建小儿喉腔三维有限元模型。3.基于CT图像及已知的喉腔结构材料参数构建婴幼儿喉软化症喉腔有限元模型,探索该模型在喉软化症严重程度评估中的应用价值。  方法:  1.用悬吊拉伸的方法将声带样本拉升至原有长度,通过拉伸所需要的砝码质量测量其固有张力。用上述实验资料完善声带三维有限元模型,将模型应用于喉部分切除术术后声带应力修复状态的评估。2.用MIMICS软件对3例患儿的CT扫描图像进行处理,取得小儿喉腔的三维几何模型。用ABAQUS有限元软件对上述几何模型进行有限元网格划分得到小儿喉腔三维有限元模型。将模型同喉镜下的实际观察图像进行对比,验证模型的可靠性。3.用MIMICS软件对喉软化症患儿CT图像进行处理进行三维模型重建。用Hypermesh软件进行有限元网格进行划分。利用Abaqus软件,赋予模型喉腔结构材料参数得到喉软化症患儿的喉腔三维有限元模型并进行力学分析,得到其von Mises应力分布参数。  结果:  1.将声带样本悬吊拉伸至固有10mm长度所需要的砝码质量均数为22.06克。利用上述参数取得具有精确原始应力的自激振荡的三维有限元声带模型。将上述模型应用于喉部分切除术术后声带应力修复状态的评估,喉部分切除术后修复声带应力后(MFLPL)较传统手术取得了更为接近声带原始应力状态的结果。2.应用三维有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映儿童喉腔形态特征的有限元模型。三名耳鼻咽喉科专科医师均能准确配对模型和喉镜照片,模型同喉镜检查结果一致性良好。3.应用有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映婴幼儿喉软化症喉腔形态特征的有限元模型。在模型上加载应力后发现,研究对象的喉软化症越严重其峰值von Mises应力越大。  结论:  1.本实验较为精确地测量出声带的固有应力。利用实验测得的声带固有应力完善声带振动的三维有限元模型用于声带应力分析具有实际应用价值,可以模拟出不同手术方式术后的声带应力状态。2.基于CT图像,利用Mimics、ABAQUS等软件构建小儿喉腔有限元模型,喉腔骨架结构和软组织三维模型形态逼真,同喉镜检查图像一致性好。为进一步在该模型基础上进行小儿喉腔术后生物力学研究奠定了基础。3.基于CT图像构建婴幼儿喉软化症有限元模型,为进一步在该模型基础上进行婴幼儿喉软化生物力学研究及模拟手术结果,制定手术方案奠定了基础。在模型上加载应力,分析模型峰值von Mises应力值可能可以用于喉软化症严重程度的评估。
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