人體面骨三維有限元模型重構(gòu)及碰撞解析

摘要: 本文實(shí)行了螺旋CT圖片建立面顱骨三維有限元模型流程,用CT斷層圖片填寫計(jì)算機(jī),采取CT圖片三維再現(xiàn)軟件和CAD軟件建立輪廓線,用非規(guī)則形體、有限元軟件Ansys區(qū)分網(wǎng)格。此模型含蓋上頜骨、鼻骨、淚骨、顴骨。六面體與四面體的網(wǎng)格細(xì)化到平均尺寸6mm,四面體的網(wǎng)格細(xì)化到平均4mm。通過與前人試驗(yàn)的對(duì)照,可知該模型有絕對(duì)的價(jià)值,以及對(duì)照了兩類網(wǎng)格針對(duì)結(jié)果的牽連。

要害詞:面顱骨;圖片解決;三維有限元;螺旋CT

1引言

緊隨社會(huì)的成長(zhǎng),計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,有限元素法已逐漸成長(zhǎng)變成工程中全面運(yùn)用的方式。在生物力學(xué)研發(fā)中,有限元法也是首要措施之一。它可對(duì)高難幾何外形物體建模,求得總體和局部的應(yīng)力和位移值及其散布法則,并可依據(jù)須要變化受載與邊緣前提等力學(xué)屬性,在保持原模型不變的狀況下,可便利地對(duì)其應(yīng)力大小和散布的改變進(jìn)行對(duì)照解析。這類方式高效、準(zhǔn)確、低本錢,是一類實(shí)用、有效、便利的解析方式。

在交通創(chuàng)傷中,顱骨骨折是常見的創(chuàng)傷之一,緊隨當(dāng)代化的進(jìn)程的放慢,交通、建筑業(yè)的成長(zhǎng)并且運(yùn)動(dòng)傷害、意外事故和自然災(zāi)禍等原因的存在,骨折的產(chǎn)生率連續(xù)加高。2002年,全世界約有118萬(wàn)人死于各種交通事故。我國(guó)因交通事故受害的人群也快速升高。

本文順利地采取超前的醫(yī)學(xué)CT,顱腦斷層圖片解析直接填寫計(jì)算機(jī),以及采取的CT圖片三維再現(xiàn)軟件和非規(guī)則形體有限元網(wǎng)格區(qū)分軟件,智能區(qū)分單元加入計(jì)算機(jī),圖片真切,整個(gè)實(shí)行了當(dāng)代計(jì)算技術(shù)智能化。

因?yàn)樵囼?yàn)措施的限定,早在20時(shí)代60年代,海外就開啟了交通事故中人體頭部傷害有關(guān)問題的模仿計(jì)算研發(fā)。有限元仿生技術(shù)的效益決議了它將是這種研發(fā)工作的有效途徑之一。20時(shí)代70年代Engin和Bendict等采取彈性球殼和彈性薄膜代表頭部,應(yīng)用分析方式確認(rèn)頭部組織在外部載荷下的應(yīng)力—應(yīng)變呼應(yīng)。Bandak等用有限元方式研發(fā)了沖擊加快度功效下的大腦應(yīng)變改變流程。VanHoof等創(chuàng)建了1個(gè)完好的頭部有限元構(gòu)造模型,應(yīng)用互相束縛和碰觸滾動(dòng)兩類不同方式來解決顱骨和腦脊液的互相功效問題。

2 原料和方式

2.1.1 建模素材

選取1名健康男人青年自愿者成為模仿目標(biāo),對(duì)其頭部進(jìn)行CT掃描,獲得用來創(chuàng)建三維有限元模型的有關(guān)資料。所獲取的螺旋CT圖片是以DICOM(Digital Imagingand Communica-tionsin Medicine)體例存儲(chǔ)。DICOM是美國(guó)國(guó)度電氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì)制訂的醫(yī)學(xué)圖片存儲(chǔ)與通訊的規(guī)范體例,其圖片要比從CT膠片掃描獲取的圖片整潔、便利又不會(huì)引發(fā)因人為解決所導(dǎo)致的坐標(biāo)偏差。

2.1.2 模型創(chuàng)立流程

頭部有限元模型的創(chuàng)建流程是數(shù)字虛擬人體這一新學(xué)科的代表,是生命科學(xué)相互浸透、交叉結(jié)合的新事物之一。該模型的創(chuàng)立過程圖見圖1:

詳細(xì)的軟件解決流程是,首先將顱腦進(jìn)行CT圖片掃描,共計(jì)45張,接著用軟件的圖片解決體系把掃描

填寫計(jì)算機(jī)獲得斷層圖片,通過提煉顱骨的分界面,再把各層斷面臨齊,多層切片的“配準(zhǔn)”,外表重建、外表顯現(xiàn),含蓋隱面解除、濃淡化、透明、轉(zhuǎn)動(dòng)與剖面切割等。

再借用連線蒙面的方法,創(chuàng)建顱骨的表面面,再建立體,將實(shí)體保管為三維有限元前解決軟件全面接受的iges體例的文件。幾何模型如圖2所示:

在Ansys中進(jìn)行三維有限元網(wǎng)格區(qū)分,單元型號(hào)為8節(jié)點(diǎn)六面體單元。智能區(qū)分后依據(jù)幾何形狀進(jìn)行手動(dòng)的單元光滑,提升幾何類似性。

圖 3、圖 4 是創(chuàng)建的顱面骨三維有限元模型, 圖 2 中共有1916個(gè)節(jié)點(diǎn),1552個(gè)單元,圖3中共有2968個(gè)節(jié)點(diǎn),9760個(gè)單元。顱骨的原料參數(shù)見表1

2.1.3束縛及加載

前提如下:載荷前提首要是借用前人的試驗(yàn)解析結(jié)果,對(duì)顴骨部位加以的載荷為2400N

3 顱面骨側(cè)面碰撞的有限元解析

由2個(gè)模型的解析結(jié)果可知, 針對(duì)圖 5 中的最大應(yīng)力值為2.87MPa, 圖 6 中的最大應(yīng)力值為 2.58MPa。

4論斷

通過2個(gè)有限元模型的解析,咱們能夠得出下列論斷:

1.從Nuhum的尸首試驗(yàn)可知,耐受值應(yīng)在1.38～4.17MPa之間,從咱們的試驗(yàn)中可知有限元解析的結(jié)果在此范疇內(nèi),因此此模型有絕對(duì)的運(yùn)用價(jià)值。

2.通過2個(gè)有限元模型的較為可知,二者的相對(duì)偏差超越了5%,因此針對(duì)有限元模型還是理應(yīng)盡快采取六面體網(wǎng)格,以獲得愈加準(zhǔn)確的解。

本文作家革新點(diǎn)在于用2個(gè)簡(jiǎn)潔的模型反映了絕對(duì)的問題,同時(shí)也證實(shí)了為什么諸多的研發(fā)者謀求六面體網(wǎng)格的原因?？墒窃谥蟮难邪l(fā)中,借用完好的面骨三維有限元模型對(duì)腦傷害并且骨折做出愈加準(zhǔn)確的預(yù)判是十分有必須的。

FEA有道生物力學(xué)服務(wù)簡(jiǎn)介

BUSINESS PRODUCT

01

承接醫(yī)學(xué)有限元解析項(xiàng)目委派

盆骨、腰椎、頸椎、肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、義齒、栽培體、高低頜骨、黏膜、牙冠 平分析。

02

醫(yī)學(xué)有限元解析培訓(xùn)課程ABAQUS醫(yī)學(xué)有限元解析及SolidWorks醫(yī)學(xué)3D建模培訓(xùn)ANSYS醫(yī)學(xué)有限元解析及SolidWorks醫(yī)學(xué)3D建模培訓(xùn)

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