正常人耳廓生物力学基本特征的研究

发布时间：2017-10-23 00:27

  本文关键词：正常人耳廓生物力学基本特征的研究

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【摘要】：【研究背景】先天性小耳畸形为整形外科常见疾病,在不同国家和地区均具有较高的发病率。主要临床表现为耳廓及外耳道缺如,患者治疗意愿较为强烈。同时由于各种外伤导致的耳廓缺损亦需要进行全耳再造及修复。目前经典的全耳再造方法为Tanzer提出,但此法手术周期较长,给患者带来较大痛苦。随后得到了Nagata及Brent等对手术做了改进,形成了经典的Nagata法及Brent法。我国学者在其基础上,改良使用扩张器扩张皮瓣后,再行肋软骨支架雕刻及移植的全耳再造技术,效果良好。以上各种不同术式全耳再造均是通过模拟构建正常人耳软骨支架细节,进行耳再造。在进行耳再造过程中,软骨支架在表现出各个美学细节基础上,能够承受一定应力对于再造耳廓形态的维持非常重要。由于耳廓外形复杂,细节较多,纯手工雕刻的支架无法完全显示其全部细节,而影响术后效果及术后患者满意度,因此有学者希望通过计算机辅助技术指导术中支架雕刻,力求取得良好的再造耳外形,亦需要了解耳廓应力分布情况。鉴于目前全耳再造术式的缺点,有学者探索通过组织工程的方法构建人耳外形软骨。在研究组织工程软骨过程中,缺乏正常人软骨生物力学数据指导其构建,因此,有必要对耳软骨进行基本的生物力学试验,了解其基本材料属性。在进行有限元分析过程中,生物材料的材料属性极其重要,因此若要分析耳廓结构应力分布情况,就需要明确耳软骨生物力学基本属性,同时综合分析以往研究资料,以明确其基本材料属性。宏观的生物力学特性往往与生物材料微观结构密切相关。目前对于耳软骨生物力学及其与生物力学特征相关的微观结构的研究相对较少。耳软骨主要由软骨细胞及细胞外基质组成。动物实验研究表明,耳软骨基质由蛋白多糖、胶原纤维及弹力纤维等结构构成。在发育畸形的耳软骨中,其微观成分也会发生相应改变,进而影响软骨生物力学性能。随着软骨纤维成分减少、分布杂乱,其软骨弹性降低,强度减小。目前未对正常人耳软骨的组织学特征进行全面研究,因此我们在研究耳软骨生物力学宏观特性的时候,需要对其微观结构,包括巨微结构进一步了解。【研究目的】通过英斯特朗万能材料试验机对正常人耳软骨标准试件进行抗拉试验,使用组织学及电子显微镜方法了解其显微结构、纤维成分以及巨微结构,了解其生物力学基本特征,同时结合以往研究结果,进一步分析其材料属性。使用Mimics软件对正常人耳软骨及耳廓结构进行三维重建,应用Abaqus软件分析正常人耳廓应力分布情况,获取应力云图,并分析其意义。【材料与方法】第一部分:获取正常人耳软骨,制作标准试件后,使用英斯特朗万能材料试验机进行抗拉试验,获取载荷-位移曲线,和弹性模量、刚度、峰值载荷等基本数据,同时进行统计学分析。对正常人耳软骨进行H-E、Masson、VG、EVG、免疫组织化学和电子显微镜观察,分析与生物力学特征密切相关的微观结构。第二部分:获取正常人耳廓结构CT图像,导入MIMICS软件后完成三维重建,获取STL格式数据,导入ABAQUS有限元分析软件,结合第一部分研究结果对其进行赋值,加载静态载荷后,获取有限元分析应力云图,分析正常人耳廓应力分布情况。【结果】第一部分:获取了正常人耳软骨标准试件载荷-位移曲线,持续增大载荷时曲线稳定上升,即随着载荷的加大,位移亦出现增大,至峰值载荷部位后,试件断裂后,曲线呈现即刻下降趋势。获得弹性模量、峰值载荷和刚度分别为:(42.59±16.76)MPa、(16.24±6.02)N、(5.78±1.74)N/mm。软骨微观结构由双侧软骨膜以及软骨基质构成,背侧软骨膜可分为纤维层、增殖层和移行层,背侧软骨膜明显厚于腹侧,软骨膜主要由Ⅰ型胶原纤维构成,软骨基质则以Ⅱ型胶原纤维和弹力纤维为主,同时我们发现了软骨膜进入软骨基质的锚定结构。第二部分:获取正常人耳廓结构CT图像后完成耳软骨及耳廓结构的三维重建,所得三维结构形态真实,表面光滑,能够满足有限元分析,且软骨厚度与既往研究结果一致。进行有限元分析后发现,耳廓结构主要应力分布于耳软骨与颅骨锚定部位,且耳廓顶部应力最为集中。【结论】通过对正常人耳软骨进行生物力学试验,我们获取了耳软骨基本生物力学数据,为进一步生物力学研究提供了参考。通过组织学以及电子显微镜观察,全面了解了耳软骨组织特征,推断耳软骨可能为各向异性材料。我们获取了正常人耳廓三维重建模型,对其进行网格化处理后,形态良好。对材料属性予以赋值后,进行有限元分析获取了正常人耳廓应力云图,用于指导临床和组织工程耳软骨构建。
【关键词】：耳软骨 抗拉试验 组织学 电子显微镜 三维重建 有限元
【学位授予单位】：第二军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R764.9;R622
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-12
• 前言12-15
• 课题设计15-17
• 第一部分 正常人耳软骨生物材料属性的研究17-41
• 实验材料与方法18-29
• 实验结果29-37
• 讨论37-40
• 小结40-41
• 第二部分 正常人耳廓三维重建及有限元分析41-64
• 实验材料与方法42-49
• 实验结果49-60
• 讨论60-63
• 小结63-64
• 参考文献64-70
• 文献综述 整形外科常用软骨生物力学研究进展70-79
• 参考文献76-79
• 在读期间发表论文和参加科研工作情况79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：1080813