基于有限元法的交通伤致伤方式及生物力学研究

来源 :复旦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mzhou2009
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目的应用虚拟解剖三维重建方法及有限元法重建人下肢及骨盆有限元模型,并应用显式动力学方法计算重建损伤过程,通过生物力学指标的变化、图片及动画形式再现损伤过程,从受力-变形-损伤的角度研究人体骨盆、股骨及下肢损伤的机制和致伤方式,提高法医损伤鉴定的品质和准确度,为人体损伤重建提供新的思路和可靠的技术手段,为法庭举证提供可视化的生物力学依据。方法融合虚拟解剖三维重建与有限元建模的方法,通过MSCT等数字图像技术获取伤者体表及内部器官损伤情况的详细影像数据,重建损伤部位的三维几何结构,并结合法医学检验推断受力位置、方向及程度。利用Mimics, Ansys, ICEM-CFD软件建立人体骨盆、股骨及下肢有限元模型,通过文献力学实验数据验证模型的有效性。在真实案例基础上,结合专家的经验判断,利用显式动力学分析系统Ls-Dyna和前后处理模块Ls-PrePost,加载不同的致伤条件,计算出损伤部位在载荷作用下的应力、应变分布及变化趋势,即生物力学碰撞响应研究,从而重建人体损伤在时-空-力之间的相互响应,最终以图像、动画的形式以及力学指标的变化趋势深化致伤机制研究。结果基于下肢的CT断层扫描数据,通过三维重建、网格划分、材料模型选择、属性赋予以及模型验证,有效地建立了基于真实人体几何数据的人骨盆、股骨、及下肢有限元模型。通过对不同致伤条件的加载,有限元模拟结果真实再现了骨盆在站立位及侧面作用力加载下的骨骼的应力分布;计算得出了下肢遭受碾压时形成特征性的节段性骨折,与股骨及胫腓骨的直接撞击结果不同;同时也比较了膝部模型在不同速度、方向以及力作用部位情况下,膝部在撞击以及摔跌情况下形成不同的损伤特点,直接撞击情况下更易形成胫骨的横行骨折。结论利用虚拟解剖、人体有限元模型以及分析方法,可以真实直观地再现损伤的响应过程,且可准确地重建人体机械性损伤的致伤方式,推断损伤的机制,有助于法医专家更加有效地分析人体的损伤生物力学响应过程,从而为法庭举证服务。
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