人體面骨三維有限元模型重構(gòu)及碰撞解析

摘要: 本文實行了螺旋CT圖片建立面顱骨三維有限元模型流程,用CT斷層圖片填寫計算機,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)格細化到平均尺寸6mm,四面體的網(wǎng)格細化到平均4mm。通過與前人試驗的對照,可知該模型有絕對的價值,以及對照了兩類網(wǎng)格針對結(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

緊隨社會的成長,計算機技術的進步,有限元素法已逐漸成長變成工程中全面運用的方式。在生物力學研發(fā)中,有限元法也是首要措施之一。它可對高難幾何外形物體建模,求得總體和局部的應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屬性,在保持原模型不變的狀況下,可便利地對其應力大小和散布的改變進行對照解析。這類方式高效、準確、低本錢,是一類實用、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,緊隨當代化的進程的放慢,交通、建筑業(yè)的成長并且運動傷害、意外事故和自然災禍等原因的存在,骨折的產(chǎn)生率連續(xù)加高。2002年,全世界約有118萬人死于各種交通事故。我國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CT,顱腦斷層圖片解析直接填寫計算機,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)分單元加入計算機,圖片真切,整個實行了當代計算技術智能化。

因為試驗措施的限定,早在20時代60年代,海外就開啟了交通事故中人體頭部傷害有關問題的模仿計算研發(fā)。有限元仿生技術的效益決議了它將是這種研發(fā)工作的有效途徑之一。20時代70年代Engin和Bendict等采取彈性球殼和彈性薄膜代表頭部,應用分析方式確認頭部組織在外部載荷下的應力—應變呼應。Bandak等用有限元方式研發(fā)了沖擊加快度功效下的大腦應變改變流程。VanHoof等創(chuàng)建了1個完好的頭部有限元構(gòu)造模型,應用互相束縛和碰觸滾動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,對其頭部進行CT掃描,獲得用來創(chuàng)建三維有限元模型的有關資料。所獲取的螺旋CT圖片是以DICOM(Digital Imagingand Communica-tionsin Medicine)體例存儲。DICOM是美國國度電氣生產(chǎn)商協(xié)會制訂的醫(yī)學圖片存儲與通訊的規(guī)范體例,其圖片要比從CT膠片掃描獲取的圖片整潔、便利又不會引發(fā)因人為解決所導致的坐標偏差。

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科的代表,是生命科學相互浸透、交叉結(jié)合的新事物之一。該模型的創(chuàng)立過程圖見圖1:

詳細的軟件解決流程是,首先將顱腦進行CT圖片掃描,共計45張,接著用軟件的圖片解決體系把掃描

填寫計算機獲得斷層圖片,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”,外表重建、外表顯現(xiàn),含蓋隱面解除、濃淡化、透明、轉(zhuǎn)動與剖面切割等。

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中進行三維有限元網(wǎng)格區(qū)分,單元型號為8節(jié)點六面體單元。智能區(qū)分后依據(jù)幾何形狀進行手動的單元光滑,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個節(jié)點,1552個單元,圖3中共有2968個節(jié)點,9760個單元。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解析結(jié)果,對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個模型的解析結(jié)果可知, 針對圖 5 中的最大應力值為2.87MPa, 圖 6 中的最大應力值為 2.58MPa。

4論斷

通過2個有限元模型的解析,咱們能夠得出下列論斷:

1.從Nuhum的尸首試驗可知,耐受值應在1.38～4.17MPa之間,從咱們的試驗中可知有限元解析的結(jié)果在此范疇內(nèi),因此此模型有絕對的運用價值。

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

本文作家革新點在于用2個簡潔的模型反映了絕對的問題,同時也證實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腦傷害并且骨折做出愈加準確的預判是十分有必須的。

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