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1.
目的:探讨人体胸廓三维有限元模型的建立过程和应力分布特点,以证实三维有限元模型的可靠性,为心肺脑复苏急救时胸外按压机制和效果提供生物力学依据。方法胸部多层螺旋CT扫描辅助下成功建立人体胸廓三维有限元男女模型各一个,模拟垂直胸外按压,分析人体胸廓三维有限元模型的各部位胸廓位移和应力特点。结果成功建立脊柱、锁骨、肋骨和胸骨等胸廓结构的三维有限元模型,男/女共741006/760816个节点,男/女共316034/326785个单位。参照CT影像学特点将人体胸廓三维有限元模型分为6种材料性质。模拟垂直胸外按压,向下移位最大的胸廓部位为胸骨,应力主要分布于肋骨最后部位。静态加载时,胸骨位移恒定情况下,男性所需外力明显大于女性,两者比较差异具有统计学意义(P<0.05)。胸骨第4、5肋间、第5、6肋间达到相同位移时需要较小的外力,与胸骨3、4肋间比较差异具有统计学意义(P<0.05)。动态加载达到相同位移时所需外力较静态加载大,且随着频率增大,胸廓实际所承受的载荷逐渐减小,在80~100次/min时,相同外力作用下胸骨位移增加,但在110次/min时胸骨位移下降。结论建立人体胸廓三维有限元模型需提供精准的胸廓组织结构信息,为人体胸廓体外按压提供生物力学依据。  相似文献   

2.
轴向应力作用下的舟骨有限元分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的 快速、准确建立舟骨有限元模型,分析其轴向应力下的力学分布.方法 采用美国GE LightSpeed VCT(64排螺旋CT)对健康志愿者1例(男性,24岁,无腕部疾病史)扫描获取CT扫描图像,将12具尸体标本与Instron Model 1011型力学试验机相连接,扫描压敏图像,得到腕关节的受力面积和应力分布,通过CT扫描图像数据对腕部进行三维有限元建模,计算并分析舟骨受轴向压力作用下正常腕部载荷传递及接触应力的分布.将此实验数据及以往文献数据与有限元模型的数据进行对比以验证有限元模型的精确性.结果 本模型构架了包括桡骨以及近端掌骨的腕部整体三维有限元模型,共有节点73 588个,单元39 7344个;桡舟关节面受力面积约为153.35 mm2,应力大小约为54.28 MPa,最大应力约为2.72 MPa,桡舟关节面受力面积约为90.00 mm2,受力大小约为45.72 MPa,最大应力约为3.45 MPa,舟骨载荷传递及关节接触应力分布情况与实验数据相接近.结论 所建模型结构完整,空间结构准确,轴向压力作用下加载模拟形象、逼真,客观反映舟骨三维解剖形态结构和生物力学特点,本模型可以较好地模拟舟骨以及腕关节载荷传递与接触应力的分布情况.  相似文献   

3.
天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折和骨不连的三维有限元分析   总被引:41,自引:4,他引:37  
目的:研究天鹅型记忆接骨器(SMC)治疗骨折和骨不连及其产生的动态记忆应力促进骨愈合的生物学基础。方法:利用计算机仿真三维有限元技术,对SMC固定肱骨的生物力学行为进行模拟,接骨器有限元模型共划分了3487个单元,节点数为5397,单元采用20节点四面体三维砖块单元;肱骨有限元模型共划分5783个单元,节点数9863,单元采用10节点四面体三维单元,结果:接骨器固定肱骨后其内表面受拉力,外表面受压力,变形最大的加压部第一结构主应力最大值分别为224.5MPa和-34MPa,远小于其极限应力与疲劳极;其维持轴向的动态记忆持骨力为125.05N,纵向动态记忆加压力196N,被固定肱骨应力分布均匀,各节点所受应力主要为正应力。结论:SMC有良好的耐疲劳与重复使用性,其固定后产的动态记忆加压应力场,有利于固定肱骨的稳定并促进骨愈合。  相似文献   

4.
腰椎三维有限元模型建立和应力分析   总被引:2,自引:1,他引:1  
目的 建立完整的腰椎三维有限元模型,并对腰3-4运动节段的进行了有效性验证和生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对CT图片进行预处理,后导人大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.分别建立了腰1-腰5各椎体及其椎间盘有限元实体,后组合成整体的腰椎和腰3-4有限元模型,并且还准确的模拟了腰椎的椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.验证了模型的收敛性,并针对腰34运动单元设置了0.3、0.5、1.0、2.0、4.0 mPa 5种载荷进行生物力学分析.结果 在轴向压力作用下,椎间盘纤维环后部存在着明显的应力集中,并向后外侧传导.最大压应力的部位在髓核和软骨终板的中央,椎弓根是椎体多种应力集中的部位.轴向压力增加,应力成比例增大.结论 本研究的有限元模型精确度高,结论符合腰椎的临床特点,较好的模拟了腰椎的生物力学特性.  相似文献   

5.
镍钛聚髌器治疗髌骨骨折的三维有限元分析   总被引:6,自引:0,他引:6  
目的:分析镍钛聚髌器这一髌骨骨折内固定器的设计合理性及治疗粉碎性髌骨骨折,促进骨折愈合的生物力学基础。方法:利用ANSYS 软件对聚髌器进行分析,建模后进行网络划分,有限元单元采用20节点、八面体的三维砖块单元,六个定义自由度,共划分了10483个单元,节点数为17959。髌骨三维有限元模型划分为8775个单元,节点数15847。根据聚髌器的五个聚合方向,对髌骨模型施加载荷。结果:镍钛聚髌器内表面受拉力,外表面受压力,其最大值分别为195.8MPa和-18MPa,远小于其极限应力,同时亦远小于其疲劳极限。聚髌器的记忆加压聚合力为134N。整个髌骨表面受力比较均匀,约为0.8Mpa。髌骨各节点应力计算表明,所受应力主要为正应力。结论:本器设计合理,重复使用性好。固定后允许患者早期活动(术后),持续正应力的存在有利于骨折端的稳定并促进骨愈合。  相似文献   

6.
目的 建立带牙列上颌骨及高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型,为牙周病夹板治疗的生物力学研究提供基础.方法 分别应用Mimics、Freeform、Ansys等软件建立最终形成带牙周膜的上颌前牙及牙槽骨三维数字化模型,以模拟伢典everStick PERIO高强纤维束带牙周夹板固定后的牙周膜状态.并通过对网格划分后模型进行应力加载,初步验证该模型准确性.结果 建成后模型具有较好的几何相似性.实验共生成113437个单元,186869个节点,与实体尺寸相一致.加载后的应力云图可见等效应力和第一主应力主要集中在牙根唇侧区域,与临床实际情况相符,表明该有限元模型的有效性.结论 利用数字图像技术和三维有限元的方法 相结合,建立的高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型较真实地模拟了临床实际情况,可为后续的不同夹板固定高度及牙槽骨吸收水平的生物力学研究提供有效平台.  相似文献   

7.
目的 为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型. 方法 选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布. 结果 建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114 953.模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05). 结论 建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究.  相似文献   

8.
目的为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型。方法选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布。结果建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114953。模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究。  相似文献   

9.
目的 建立人胆囊三维有限元力学模型,用于胆囊的非侵害性生物力学研究和手术模拟.方法 根据胆囊的解剖学数据,在参数化CAD软件PRO/E中建立胆囊的三维交互式CAD模型,以IGES格式导入到通用有限元分析软件ANSYS中,以20节点SOLID95单元划分几何模型并赋材料属性建立有限元模型.模拟胆囊底受钳夹的工况,分析胆囊在位移载荷下的形变和应力分布.结果 成功建立了具有几何相似性和物理相似性的三维胆囊有限元模型,包含了胆囊底、体、颈结构,共14 520个单元,82 524个节点.模拟胆囊底受钳夹工况时,形变集中在胆囊底顶部区域,而应力集中在胆囊床边缘和胆囊颈与胆囊管部.结论 有限元法可模拟胆囊在手术中的力学响应,可用于胆囊的生物力学研究.  相似文献   

10.
目的建立Evans-Jensen’s I、IIb型股骨转子间骨折的滑动髋螺钉(DHS)、股骨近端防旋髓内钊‘(PFNA)内固定有限元模型,通过4种模型有限元分析、对比研究股骨小转子在该类骨折中的维稳作用和模型中内固定的安全性。方法采集健康成年男性左侧股骨CT图像和DHS、PFNA系统三维数据,建立左侧上段股骨DHS、PFNA内固定模型,设定边界条件以及负荷加载方式,进行有限元运算,研究500N至2000N及其间分级载荷下模型的有限元应力、位移。结果建立了左侧上段股骨Evans.Jensen’SI、IIb型股骨转子间骨折在DHS、PFNA内固定下4种工况的有限元模型,上段股骨模型(长196.777mm,40373节点,216255个单元)以及DHS(7761节点,33699单元)、PFNA(4312节点,18146单元)。4种内固定模型在递增载荷下,模型III内固定器压应力增加幅度较大,2000N下最大压应力为727.256+34.66,为模型I的1.98倍,超出钛合金钢板强度范围。存分级载荷下模型III的z向位移增加幅度、曲率都明显高于模型I、II、Iv。结论在有限元角度,股骨小转子在股骨转子间骨折内固定手术中具有稳定支持作用,在Evans.Jensen’SIIb型骨折中应用DHS系统进行内固定是不安全的,PFNA是比较理想的内固定器械。  相似文献   

11.
The effects of different ambient pressures of 53.99,61.33 and 96.60 kPa on theseverity of blast injury were observed in rats.It was found that when the incident shock wavewas 190.40 kPa in its peak pressure and 10 ms in its duration, both the mortality and the severityof lung injury were progressively increased along with the decrease of the ambient pressure.Themortality rate of the rats in the 6th hour after exposure was 0%,25% and 36.8% and the hem-orrhagic area on the lungs was 63.75+69.01,313.50+357.25 and 653.21+652.25 squaremilimeters when the ambient pressure was 96.60,61.33 and 53.99 kPa respectively.In addi-tion, the lung/body index was 0.93+0.21%,1.31+0.65% and 1.50+0.77% respectively.Itis believed that the decrease of the ambient pressure might decrease the tolerance of the rat to theimpact of blast waves to result in higher mortality and more extensive hemorrhage on the lungs.  相似文献   

12.
This paper presents some aspects of the authors' experimental research on blast injury in the past two years. The main results are as follows: (1) A new designed 39 meter-long shock tube for biological test has been built in the laboratory. Its maximal overpressure values are 215 kPa (in open condition) and 505 kPa (in closed condition). It may meet the need for inflicting blast injuries with various degree of severity. (2) A study of the effect of simulating gun muzzle blast wave on sheep indicated that in the single explosion, the threshold overpressure values inflicting the injury of internal organs were: Lung-37.27 kPa, G-I tract-41.0 kPa; the upper respiratory tract-negative until 73 kPa, while in the multiple (20 times) explosions, they were 23.7, 23.7 and 41.4 kPa, respectively. (3) Using TEM, SEM and some other special techniques, such as morphometry, freeze-fracture technique, labelled lanthanum nitrate technique, etc, it was demonstrated that in the lung with blast injury there were significant pathological changes in pulmonary capillary endothelium, alveolar epithelium and their intercellular junctions with apparent increase of permeability. (4) It has been shown that parallel superficial stripelike hemorrhage typical for lung blast injury is "Intercostal marking" instead of "Rib marking". (5) A new type of material (foamy nickel) for protection against blast wave is presented. It was proved that the material can effectively weaken or eliminate the effect of blast wave on human body.  相似文献   

13.
腰椎L4~L5活动节段有限元模型的建立与验证   总被引:9,自引:0,他引:9  
目的:采用一种新型计算机辅助设计(CAD)方法精确建立腰椎L4~L5节段三维非线性有限元模型并进行充分验证.方法:采用改良的"非种子区域分割方法"提取腰椎CT图像数据中目标区域得到二值图像,用Marching Cubes方法由二值数据生成初始表面模型.采用反映腰椎生理曲度的"最佳切割平面"从初始表面模型获得非平行的切割轮廓线并建立"分段线性子空间",后者经仿射变换到"规则子空间"快速重构腰椎曲面,最后逆变换恢复腰椎原三维空间形状特征.将表面模型所有结点的坐标数据和三角面片信息导入ANSYS进行网格划分精确建立L4~L5节段三维非线性有限元模型,并进行加载验证.结果:所构建的L4~L5活动节段有限元模型包括94 794个Solid单元,1 196个Link单元,1 170个Shell单元,768个Target单元,464个Contact单元;同时包含了几何非线性、材料非线性与接触非线性3种非线性类型.不同载荷条件下L4~L5节段有限元模型的移位/旋转角度、椎间盘内压等预测结果与文献中相同载荷条件的试验生物力学结果相符合.结论:基于先进算法建立的腰椎L4~L5节段表面模型实现了二值图像提取、腰椎曲面重构的全数字化过程,具有极佳的仿真效果.  相似文献   

14.
短时激波作用下家兔胸腹内压力的变化   总被引:3,自引:0,他引:3  
在短时激波作用下,机体胸腹腔之间存在着压力差,但缺乏实验证据。本实验通过引爆200g TNT炸药块致伤家兔,观察距爆心1.6m、1.8m和2.0m处爆炸激波作用下的家兔胸腹内压同步变化情况。动物致伤后立即解剖,观察动物伤情。实验结果显示,胸内正、负压峰值明显大于腹内正、负压峰值,而且压力的变化存在着时相上的差异,从胸腹内压峰值和时相变化上证实胸腹间存在着压力差,家兔胸腹腔之间的压力呈双向传导。实验结果提示家兔胸腹腔内器官组织冲击伤的发生可能与体腔扩张引起的负压增高有关,本文就肺冲击伤发生机理从压力差角度加以讨论。  相似文献   

15.
基于CT建立早期退变腰椎活动节段的三维有限元模型   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的:基于CT建立了脊柱L4-5活动节段早期退变的三维有限元模型,并对其进行力学性能测试.方法:选择1名39岁慢性下腰部疼痛的中国女性志愿者作为模拟对象,对其脊柱L4-5节段进行层厚0.75 mm的连续扫描,共获得CT断层图像138幅,获取用于建立三维模型的相关数据.将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过mimics 10.0软件建模形成L4-5运动节段的三维模型后,结合CAD软件CATIA对该活动节段进行数据优化,并形成实体模型.将模型数据导入有限元分析软件Patran转换成有限元模型.模拟中立位该节段的受力环境,将4个100N力以结点负荷形式分别施加于L4椎体旋转轴等距离的内前外后部椎体结点,以观察验证该模型的准确性.结果:建立了腰椎早期退变的L4-5节段的有限元模型,模型总节点数为27 130个,单元数113 834,其中包括Solid单元113 153个,Area 161个,Link单元520个,力学测试显示负荷在椎间盘分布不均,薄弱的纤维环后部受力增加.结论:通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以以自动化程度较高的方法建立腰椎早期退变活动节段的高精度三维有限元模型,用于脊柱生物力学的进一步研究.  相似文献   

16.
家兔胸部爆炸伤模型的建立及早期死亡原因分析   总被引:4,自引:1,他引:3  
目的 建立胸部伤模型,深入研究爆炸伤的致伤机制、急性肺损伤的发病机制。方法 采用破片发射复合冲击波并结扎肋间动脉方法建立模型,观察伤后生理参数、血气分析、病理及肺表面活性物质变化。结果 建立的动物模型较好模拟现场爆炸效果,模型可靠,重复性好,失血性休克和急性呼吸功能衰竭是死亡的主要原因。结论该模型可用于胸部爆炸伤的实验室研究。  相似文献   

17.
种植义齿部件有限元建模与试验研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的:建立与种植义齿部件实体具有几何和力学相似性的三维有限元模型。方法:用CaMega光学扫描,建立种植体、基台三维CAD模型,导入ANSYS软件,进行单元划分建立有限元模型,并根据载荷-变形实验数据,调整有限元模型参数。结果:建立的种植义齿三维有限元模型,经试验验证,与义齿实体具有几何和力学相似性。结论:采用光学三维扫描,修正有限元模型参数,建立的种植义齿部件有限元模型,能反映其实体的几何形状和力学特性。该研究是种植义齿有限元分析的基础。  相似文献   

18.
[目的]建立带桩嵌体修复下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型.[方法]制成第一磨牙残冠的制锁式带桩嵌体修复体的模型,将该模型置于水杯中,利用螺旋CT扫描,通过图像合成软件建立三维数字模型,结合大型有限元软件ANSYS进行建模.[结果]建成后三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性.[结论]将牙体修复模型置于水中,经螺旋CT扫描并与有限元方法结合起来,可以建立复杂的牙模型,且能真实地模拟实际情况,使用性好.  相似文献   

19.
目的 研究榴弹致胸部创伤的特点和规律,为胸部爆炸伤的救治提供依据。方法 用电启动引爆离地面7m高的榴弹,将36只绵羊布放于距爆心6~48m处,致伤时测量冲击波超压和破片速度,致伤后进行病理解剖观察。结果 胸剖破片伤的发生率为44.44%,伤后即刻死亡率为31.25%,伤后6h时达56.25%,以后增加不明显;盲管伤、贯通伤和切线伤的发生率分别为22.22%、16.67%和5.56%;肺冲击伤的发生  相似文献   

20.
某型榴弹爆炸时绵羊的颅脑伤   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的:观察榴弹对颅脑的致伤特点和规律,为战伤救治提供依据。方法:电引爆离地面7m高的榴弹,将36只绵羊布放于距爆心6-48m处,致伤时测量冲击波超压和破片速度,致伤后进行病理学观察。结果:颅脑破片伤的发生率为破片伤动物的32%,伤后速发死亡率为75%,伤后6h时达100%。颅脑贯通伤和盲管伤的发生率分别为75%和25%,伤道污染严重。50%的动物头颅缺失,颅底粉碎性崩折的动物占50%。脑表现出血广泛,最远可波及延髓,镜下在距伤道4cm处也可见出血、水肿、小血管破裂和神经元变性。颅脑爆炸伤可合并各部位的破片伤,其中以腹部和四肢最多,均为62.5%,其次是胸部合并伤,为50%。全部颅脑爆炸伤动物均合并有中度以下的肺脏冲击伤。结论:爆炸榴弹对颅脑的毁损性大,损伤范围广,颅骨缺损多,颅底易骨折,伤道污染重,合并伤多。  相似文献   

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