人体面骨三维有限元模型重构及碰撞解析

摘要: 本文实行了螺旋CT图片建立面颅骨三维有限元模型流程,用CT断层图片填写计算机,采取CT图片三维再现软件和CAD软件建立轮廓线,用非规则形体、有限元软件Ansys区分网格。此模型含盖上颌骨、鼻骨、泪骨、颧骨。六面体与四面体的网格细化到平均尺寸6mm,四面体的网格细化到平均4mm。通过与前人试验的对照,可知该模型有绝对的价值,以及对照了两类网格针对结果的牵连。

要害词:面颅骨;图片解决;三维有限元;螺旋CT

1引言

紧随社会的成长,计算机技术的进步,有限元素法已逐渐成长变成工程中全面运用的方式。在生物力学研发中,有限元法也是首要措施之一。它可对高难几何外形物体建模,求得总体和局部的应力和位移值及其散布法则,并可依据须要变化受载与边缘前提等力学属性,在保持原模型不变的状况下,可便利地对其应力大小和散布的改变进行对照解析。这类方式高效、准确、低本钱,是一类实用、有效、便利的解析方式。

在交通创伤中,颅骨骨折是常见的创伤之一,紧随当代化的进程的放慢,交通、建筑业的成长并且运动伤害、意外事故和自然灾祸等原因的存在,骨折的产生率连续加高。2002年,全世界约有118万人死于各种交通事故。我国因交通事故受害的人群也快速升高。

本文顺利地采取超前的医学CT,颅脑断层图片解析直接填写计算机,以及采取的CT图片三维再现软件和非规则形体有限元网格区分软件,智能区分单元加入计算机,图片真切,整个实行了当代计算技术智能化。

因为试验措施的限定,早在20时代60年代,海外就开启了交通事故中人体头部伤害有关问题的模仿计算研发。有限元仿生技术的效益决议了它将是这种研发工作的有效途径之一。20时代70年代Engin和Bendict等采取弹性球壳和弹性薄膜代表头部,应用分析方式确认头部组织在外部载荷下的应力—应变呼应。Bandak等用有限元方式研发了冲击加快度功效下的大脑应变改变流程。VanHoof等创建了1个完好的头部有限元构造模型,应用互相束缚和碰触滚动两类不同方式来解决颅骨和脑脊液的互相功效问题。

2 原料和方式

2.1.1 建模素材

选取1名健康男人青年自愿者成为模仿目标,对其头部进行CT扫描,获得用来创建三维有限元模型的有关资料。所获取的螺旋CT图片是以DICOM(Digital Imagingand Communica-tionsin Medicine)体例存储。DICOM是美国国度电气生产商协会制订的医学图片存储与通讯的规范体例,其图片要比从CT胶片扫描获取的图片整洁、便利又不会引发因人为解决所导致的坐标偏差。

2.1.2 模型创立流程

头部有限元模型的创建流程是数字虚拟人体这一新学科的代表,是生命科学相互浸透、交叉结合的新事物之一。该模型的创立过程图见图1:

详细的软件解决流程是,首先将颅脑进行CT图片扫描,共计45张,接着用软件的图片解决体系把扫描

填写计算机获得断层图片,通过提炼颅骨的分界面,再把各层断面临齐,多层切片的“配准”,外表重建、外表显现,含盖隐面解除、浓淡化、透明、转动与剖面切割等。

再借用连线蒙面的方法,创建颅骨的表面面,再建立体,将实体保管为三维有限元前解决软件全面接受的iges体例的文件。几何模型如图2所示:

在Ansys中进行三维有限元网格区分,单元型号为8节点六面体单元。智能区分后依据几何形状进行手动的单元光滑,提升几何类似性。

图 3、图 4 是创建的颅面骨三维有限元模型, 图 2 中共有1916个节点,1552个单元,图3中共有2968个节点,9760个单元。颅骨的原料参数见表1

2.1.3束缚及加载

前提如下:载荷前提首要是借用前人的试验解析结果,对颧骨部位加以的载荷为2400N

3 颅面骨侧面碰撞的有限元解析

由2个模型的解析结果可知, 针对图 5 中的最大应力值为2.87MPa, 图 6 中的最大应力值为 2.58MPa。

4论断

通过2个有限元模型的解析,咱们能够得出下列论断:

1.从Nuhum的尸首试验可知,耐受值应在1.38～4.17MPa之间,从咱们的试验中可知有限元解析的结果在此范畴内,因此此模型有绝对的运用价值。

2.通过2个有限元模型的较为可知,二者的相对偏差超越了5%,因此针对有限元模型还是理应尽快采取六面体网格,以获得愈加准确的解。

本文作家革新点在于用2个简洁的模型反映了绝对的问题,同时也证实了为什么诸多的研发者谋求六面体网格的原因。可是在之后的研发中,借用完好的面骨三维有限元模型对脑伤害并且骨折做出愈加准确的预判是十分有必须的。

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