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三岁儿童颈部有限元模型的构建及损伤分析
| 论文题名： | 三岁儿童颈部有限元模型的构建及损伤分析 |
| 关键词： | 三岁儿童;全颈椎损伤;CT扫描诊断;生物力学;预防保护;有限元模型 |
| 摘要： | 由于儿童顽皮，好奇，造成儿童损伤形式多样，损伤的严重程度难以估计，且儿童无法准确的描述损伤的原因和部位，常常导致对儿童损伤的误诊或者未能及时发现，酿成严重后果。因此，儿童损伤的研究一直是一个比较复杂而重要的课题。随着有限元理论和软件的不断发展和完善，计算机技术水平的提高，有限元模型被广泛应用到复杂的生物损伤力学的研究中并成为重要方法。 作者在阅读大量中外有关儿童损伤的文献基础上，对前人的工作进行了归纳总结，逐步探索并掌握了一套关于颈部建模的方法。本文采用真实三岁儿童医用CT扫描数据，克服缩放方法带来的缩放后的模型结构与真实的儿童解剖学结构不相符的缺点，保证数据和基础模型的真实性和可靠性。通过对模型的网格尺寸和质量加以协调控制，既保证了模型形状结构与真实解剖学结构的一致性，同时也降低了计算成本。 本文模型的几何参数来自于天津市一位健康女性三岁儿童的医用CT扫描数据。首先，利用医学影像软件MIMICS，采用阈值分割的方法分别提取了三岁儿童颈部各部分组织的点云数据，获取了初始几何模型，包括C1-C7颈椎，第一胸椎和颈部主要的肌肉等组织;其次，利用逆向工程软件Geomagic对获取的初始几何模型进行几何清理，光滑平顺，曲面片划分等操作，生成具有NURBS曲面的CAD模型。再次，运用网格划分软件Truegrid和Hypermesh对颈椎和肌肉的几何模型进行网格划分，单元质量检查和网格调整，同时进行整体颈椎形状调整和构建颈部其他的软组织结构，如椎间盘，韧带，脊髓等组织。最后，根据儿童解剖学颈部详细解剖学结构，将划分完成的各部分组织的有限元模型连接成整体，完成三岁儿童全颈椎有限元模型的构建。 根据前人有关颈部研究的实验，采用比较经典的志愿者后碰撞试验、前碰撞试验，颈部拉伸试验和轴向冲击试验对本模型进行验证。分别设置与之对应的边界条件和加载条件，模拟相同条件下颈部的响应过程，并通过缩放的方法从成人实验结果获取该年龄段的响应曲线边界，与仿真实验结果进行对比分析，完成了该模型有效性的验证。在验证模型有效性的基础上，模拟了儿童坠落和低速后碰撞工况下可能造成的颈部损伤情况，为该年龄段儿童颈部损伤的诊断、研究和预防保护提供科学的数据指导。 |
| 作者： | 杜治青 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 阮世捷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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