目的建立基于人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的精細(xì)化頭頸部有限元模型,研究不同后碰撞速度下頸部損傷。方法該模型以人體頭頸部CT掃描圖像為基礎(chǔ),利用Mimics進(jìn)行三維骨重建,通過Hyper Mesh完善頸部三維實(shí)體韌帶、小關(guān)節(jié)等組織,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。生成的模型包括頭部、8節(jié)椎骨（C1～T1）、6個(gè)椎間盤（包括纖維環(huán)、髓核和上下軟骨終板）、小關(guān)節(jié)（包括軟骨和關(guān)節(jié)囊韌帶）、韌帶、肌肉等結(jié)構(gòu),最后在有限元后處理軟件中完成模型驗(yàn)證與后碰撞計(jì)算。結(jié)果分別對(duì)模型進(jìn)行軸向沖擊、前后屈伸和側(cè)屈模擬并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證模型的有效性,并進(jìn)行速度為20、40、60、80 km/h后碰撞計(jì)算。在20 km/h速度下,頸部無損傷出現(xiàn),在40、60、80 km/h速度下,最早出現(xiàn)損傷的都是韌帶。隨著速度增加,頸部各組織受力不斷增大。速度為80 km/h時(shí),頸椎的密質(zhì)骨、松質(zhì)骨和纖維環(huán)最大應(yīng)力分別為226. 4、11. 5、162. 8 MPa,當(dāng)韌帶應(yīng)變達(dá)到極限時(shí),開始出現(xiàn)撕裂。結(jié)論所建頭頸部有限元模型具有較高的生物仿真度和有效性,可用于交通事故中頸部損傷分析的研究,在一定程度上有助于頸椎損傷的診斷、治療和預(yù)防。 

【文章來源】：醫(yī)用生物力學(xué). 2020,35(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

頭頸部有限元模型

圖2(b)、(c)所示為頭頸部生物力學(xué)模型與剛性板撞擊仿真過程中接觸力、加速度曲線與實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)比。仿真曲線與實(shí)驗(yàn)曲線整體趨勢(shì)基本一致，且頭部合成加速度仿真曲線基本處于實(shí)驗(yàn)上下邊界曲線內(nèi)，細(xì)微區(qū)別在于頭部接觸力仿真曲線峰值較實(shí)驗(yàn)曲線略有滯后。全過程時(shí)長(zhǎng)20 ms，從初始時(shí)刻開始，頭部與剛性板發(fā)生撞擊，接觸力不斷增大并在約2.5 ms時(shí)刻達(dá)到峰值，之后頭部出現(xiàn)反彈趨勢(shì)且接觸力逐漸減小，但此過程中卻沒有與剛性板分離，是由于附著在T1上的質(zhì)量的沖擊與下壓作用，并形成了之后的兩個(gè)峰，數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線吻合較好。2.2 前后屈伸和側(cè)屈活動(dòng)度驗(yàn)證

后碰撞發(fā)生時(shí)，由于汽車安全帶的約束作用，人體胸部和座椅保持一致，頭部運(yùn)動(dòng)滯后于身體。仿真模型處于豎直向下1 g重力場(chǎng)中，約束T1下表面，分別給頭部施加20、40、60、80 km/h水平向后初速度模擬汽車追尾工況，在距離頭部50 mm處設(shè)置1個(gè)座椅頭枕[23-25]。3.2 結(jié)果及分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3018015