本文關(guān)鍵詞：三歲兒童頸部有限元模型開發(fā)與驗證

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【摘要】：人體頸椎是人體脊柱最易受損傷的部位。兒童頸部與成人頸部在解剖學(xué)、形態(tài)學(xué)方面存在較大差異，兒童頸部骨骼更纖細，韌帶更松弛，小關(guān)節(jié)面更水平。這些差異也將導(dǎo)致兒童頸部相對成人更容易受到損傷。頸部作為連接頭部的重要解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，其動力學(xué)響應(yīng)直接頭部響應(yīng)。因此兒童頸部生物力學(xué)研究對兒童頸部損傷防護及頭頸部損傷機理研究都至關(guān)重要。 本文基于某發(fā)育正常且無頸部損傷的3歲男童頸部CT掃描圖片，利用Mimics和Geomagic軟件對頸椎骨骼點云數(shù)據(jù)進行處理，重建其三維幾何模型，利用Hypermesh軟件對骨骼幾何模型離散化，獲得椎骨有限元網(wǎng)格，，再參考人體解剖學(xué)圖譜，利用Hypermesh軟件建立椎間盤、軟骨和韌帶等軟組織的有限元模型。其中，基于成人頸部各組織的材料力學(xué)實驗數(shù)據(jù)和縮放方法，獲得本模型各組織的材料屬性輸入?yún)?shù)。本文還提出并推導(dǎo)了兒童頸部韌帶力學(xué)特性曲線的縮放方法。 針對建立的3歲兒童頸部有限元模型，基于Luck兒童頸椎段準(zhǔn)靜態(tài)、動態(tài)拉伸實驗，Nightingale成人頸椎段準(zhǔn)靜態(tài)彎曲-伸展實驗、Yoganandan頸椎段準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)向彎曲和軸向旋轉(zhuǎn)實驗并參考Irwin頸部響應(yīng)縮放方法，對C2-C3、C3-C4、C4-C5、C5-C6和C6-C7頸椎段模型進行了相應(yīng)載荷條件下的驗證；基于Luck提出的兒童全頸椎0.1N·m彎曲-伸展載荷下的運動范圍、Ouyang進行的2.5歲和3歲兒童全頸椎動態(tài)拉伸實驗及彎曲-伸展實驗，對本文開發(fā)的3歲兒童頸部模型進行了相應(yīng)載荷下的全頸椎驗證。驗證結(jié)果表明：C4-C5頸椎段模型的準(zhǔn)靜態(tài)、動態(tài)拉伸剛度，動態(tài)拉伸失效位移、失效力均與實驗值溫和良好，各頸椎段的準(zhǔn)靜態(tài)彎曲-伸展、側(cè)向彎曲及軸向旋轉(zhuǎn)響應(yīng)基本處在基準(zhǔn)相應(yīng)數(shù)據(jù)或?qū)嶒炌ǖ狼�范圍內(nèi)，即頸椎段模型具有較高生物逼真度；雖然本模型全頸椎動態(tài)拉伸失效力-位移曲線與實驗曲線形狀相似，但動態(tài)拉伸失效位移、失效力均小于實驗值，全頸椎準(zhǔn)靜態(tài)彎曲-伸展運動范圍與實驗值相差較大，本模型全頸椎生物逼真度仍有待提高。
【關(guān)鍵詞】：兒童頸部 頸部損傷 有限元模型 縮放方法 生物逼真度 驗證
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R726.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 兒童頸部有限元模型研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文研究目的及主要工作13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第2章 頸部解剖結(jié)構(gòu)及其損傷機理15-29
• 2.1 人體頸部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)15-19
• 2.1.1 頸椎椎骨15-16
• 2.1.2 頸椎椎間盤16-17
• 2.1.3 頸椎韌帶17-18
• 2.1.4 頸椎關(guān)節(jié)18-19
• 2.2 發(fā)育中的頸椎及解剖學(xué)19-23
• 2.2.1 頸部總體發(fā)育20
• 2.2.2 椎骨的骨化過程20-22
• 2.2.3 韌帶及椎間盤的發(fā)育22-23
• 2.2.4 椎骨形態(tài)學(xué)變化23
• 2.3 頸部損傷研究方法23-24
• 2.4 頸部損傷流行病學(xué)及損傷分類24-28
• 2.5 頸部損傷準(zhǔn)則28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 三歲兒童頸椎幾何模型重構(gòu)29-42
• 3.1 頸椎幾何模型建立方法29-30
• 3.2 樣本選取30-31
• 3.3 三歲兒童頸椎 CT 掃描31
• 3.4 三歲兒童頸椎斷層圖像分割31-35
• 3.5 三歲兒童頸椎三維重建35-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第4章 三歲兒童頸椎有限元模型開發(fā)42-57
• 4.1 人體頸部有限元模型概述42-43
• 4.2 網(wǎng)格劃分43-47
• 4.2.1 單元類型、尺寸控制參數(shù)43-44
• 4.2.2 頸椎骨骼網(wǎng)格劃分44-45
• 4.2.3 椎間盤網(wǎng)格劃分45-46
• 4.2.4 韌帶網(wǎng)格劃分46-47
• 4.2.5 全頸椎網(wǎng)格47
• 4.3 頸部模型材料參數(shù)47-56
• 4.3.1 骨骼材料參數(shù)47-49
• 4.3.2 椎間盤材料參數(shù)49-51
• 4.3.3 軟骨材料參數(shù)51
• 4.3.4 韌帶材料參數(shù)51-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第5章 三歲兒童頸部有限元模型的驗證57-75
• 5.1 頸椎段模型驗證57-70
• 5.1.1 C4-C5 頸椎段模型驗證57-59
• 5.1.2 C4-C5 頸椎段模型仿真結(jié)果及分析59-64
• 5.1.3 其他頸椎段模型驗證64-70
• 5.2 全頸椎模型驗證70-74
• 5.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)彎曲-伸展驗證71-72
• 5.2.2 動態(tài)拉伸失效驗證72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-82
• 附錄 A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄82-83
• 致謝83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 曹立波;高海濤;冒浩杰;楊金海;;三歲兒童頭部有限元模型的建立及驗證[J];汽車工程;2013年01期

本文編號：642046