阴茎及支持结构三维有限元模型构建及阴茎力学稳定性研究

The penis prolongation and reconstruction is one of the major issues in plastic medical circles.At present the penis prolongation is the only effective method to do with stunted penis.As the most important standard,prolongating length was pursued by many doctors with sacrifice of stability,and dropping of life quality.Therefore,making clear that the penis biomechanical properties and behaviors,is useful to help better understand all kinds of the penis prolongation surgery on the occurrence,development and turnover.The finite element method is the most extensive application of the numerical calculation method in today's engineering analysis,which can take the place of those complicated,expensive methods. This topic plans to use high precison MRI scanning technology,construct the penis and adjacent structures's 3-D finite element model,to explore the still and pulling states biomechanics mechanism,system analying variables' influence such as its stress and distribution characteristics,and suspensory ligament,cura corporis cavernosi and musculus ischiocavernosus and aponeurosis on the distribution of the stress.It would provide scientific dates for reasonably verifing simulation experiment platform combining with clinical research,learning the different surgical biomechaincal mechanism,providing scientific basis for understanding the penis biomechanics mechanism,choosing suitable reconstructive methods.The result can also be used in the subsequent research including penis thickening,prosthesis insertion and rehabilitation treatment.

阴茎延长整复研究仍是整形医学界重大课题之一。目前纠正阴茎短小公认的方法是行阴茎延长。部分医师不惜牺牲其稳定性、降低生活质量而不断追求更显著的延长效果，给病人带来严重后遗症。因此，弄清阴茎生物力学特性显得尤为必要。有限元法是当今工程分析中最广泛应用的数值计算法，构建阴茎及支持结构三维有限元模型，有助了解其生物力学构架，更好地理解阴茎延长手术的发生、发展和转归。本课题拟在前期阴茎中国数字化人体断面图像和高精度MRI扫描图像三维重建基础上，构建阴茎及支持结构三维有限元模型，探讨阴茎静止、勃起状态生物力学机理，系统分析其应力大小、分布特点，及悬韧带、肌肉腱膜等支持结构变量因素对应力分布的影响，并结合临床研究进行仿真实验平台的合理验证，了解不同术式转归的生物力学机制，为全面了解阴茎生物力学机理、临床选择合理整复方法提供科学依据，此研究结果后续还可应用于阴茎增粗及康复治疗等研究，具有广泛应用前景。

有关阴茎延长整复的研究仍是整形医学界的重大课题之一。其中切断阴茎浅悬韧带、离断部分深悬韧带以释放埋藏于皮下的阴茎体段达到延长的手术方式得以在国内外盛行，此法可将充血状态下阴茎长度延长2-4cm甚至更长，可同时，也带来一定程度的负面影响，约3%的病患反应术后出现不同程度的阴茎稳定性下降，勃起角度减少，严重影响到性生活质量，甚至出现心理障碍导致阳痿发生。阴茎及其整复研究的最大困难在于不能对志愿者进行有损伤性的实验研究，同时由于实验条件的限制，尚有许多问题无法用解剖实验研究的方法加以解决，而阴茎生物力学研究就是其中一项。有限元法可对几何形状复杂、非均质的结构进行力学分析，可模拟各种材料的本构关系、系统载荷及边界条件。随着计算机技术的发展，现在有限元法已推广到处理大位移、塑性和蠕变等非线性问题中。有限元模型完全可以作为阴茎生理及整复机制研究中的重要手段。 通过构建阴茎及支持结构三维有限元模型，可以模拟、重现和分析阴茎生理变化过程和整复前后的生物力学响应，提供各组织间和组织内的应力—应变曲线和位移、速度、加速度曲线。.本研究拟以正常成人和阴茎延长手术患者为对象，建立成人阴茎有限元模型并进行外力加载，通过非线性有限元计算过程得出阴茎及各支持结构模型的位移、应力、应变结果，探讨阴茎静止、牵拉、勃起状态生物力学机理，系统分析其应力大小、分布特点，及悬韧带、肌肉腱膜等支持结构变量因素对应力分布的影响，并结合临床研究进行仿真实验平台的合理验证。.在本课题中，我们应用中国和美国数字化可视人体数据集中部分连续断层图像，采用计算机可视化技术，建立正常成人阴茎三维可视化数字模型；通过 MRI医学影像装置采集临床上阴茎短小畸形患者和正常成人的二维图像，进行三维重建和数据分析。在此基础上,我们建立起了阴茎及其支持结构的三维有限元模型，应用计算机仿真学技术，模拟、指导阴茎延长及再造术等所涉及的手术过程，了解不同术式转归的生物力学机制，为全面了解阴茎生物力学机理、临床选择合理整复方法，优化康复手段、避免术后稳定性下降、减轻及治疗手术并发症提供科学的理论依据。