人体胸部有限元模型研究

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1、人体胸部有限元模型研究张治纲李曙光范立冬肖南（第三军医大学野战外科研究所重庆市400042）提要：目的：建立人体胸部的三维有限元模型，以用于单兵防护工程研究。方法：以CT的扫描数据为重建源图像，利用医学图像重建软件Mimics进行三维重建；在有限元前处理软件ANSYSICEMCFD中进行单元网格划分，并为模型各部分指定相应的材料特性参数；在有限元软件ANSYSLS-DYNA中完成有限元模型建模，并参照既往尸体实验数据检验模型有效性。结果：建立了具有近似人体胸部解剖结构的有限元模型，模型的模拟的计算结果和既往尸体试验结果基本相符。结论：利用人体断层数据和专业软件，

2、能够完成有限元模型的重建，模型能够满足单兵防护工程研究中进行人体胸部冲击相关数值分析的需要。关键词：人体胸部；有限元模型；有效性检验中图分类号：R318.01文献标识码：AResearchonhumanthoraxfiniteelementmodelZHANGZhi-gang,LIShu-guang,FANLi-dong,XIAONan(InstituteofFieldSurgery,the3rdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing400042,China)Abstract:ObjectiveTobuildahumanthora

3、xFEM(finiteelementmodel)forpersonalprotectionresearch.MethodThe3DmodelofhumanthoraxwasrebuiltwithCTimagesbyMimics.ThemodelwasmeshedandthematerialpropertiesofvariouspartsofthemodelwasdefinedinANSYSICEMCFD.TheFEMwascompletedandvalidatedbyANSYSLS-DYNA.ResultsThehumanthoraxFEMwithapproxi

4、matelytopologywasdeveloped.Thesimulativeresultwasconsistentwiththeresultofexistingcadavericexperiment.ConclusionTheFEMcouldberebuiltwithhumantomographyimagesinprofessionalsoftwareandcouldmeettherequirementofnumericalanalysisthatsimulatingtheimpactonhumanthoraxinpersonalprotectionrese

5、arch.Keywords:thorax;finiteelementanalysis;validition枪弹伤是战场中的士兵所面临的主要威胁，各种爆炸物在爆炸后产生的高速冲击波到达人体时会产生猛烈的加速度，对人体特别是空腔脏器产生伤害。防弹衣的使用可以有效的减少枪弹造成的贯穿性损伤，但BABT(BehindArmourBluntTrauma装甲后钝伤)却仍有发生[1]，且目前装备的防弹衣对冲击波的致伤作用也缺乏防护。利用有限元模型能够对BABT的发生机制、胸腔对冲击波作用的力学响应和组织损伤的关系进行研究，为防弹衣/防护服的设计研究提供帮助。作者简介：张治纲（

6、1978—），男，河南省潢川县人，汉族，工学学士，研究实习员，主要从事单兵防护工程方面的研究，发表论文2篇，电话：（023）68757490，E-mail:fmmu_zhangzg@sohu.com通信作者：李曙光（Email:lisg@tmmu.edu.cn），研究员，研究方向为大型军队卫生装备及军事人机功效学1.构建人体胸部三维有限元模型本研究利用CT扫描影像并参照第三军医大学“中国可视化人体”断层照片[2]，建立了人体胸部的三维有限元模型，模型主要包括三部分：（1）内脏，包括心脏、肺和肝脏；（2）肌肉组织；（3）在内脏和肌肉中间的是肋骨、肋软骨、胸骨等骨性

7、组织。1.1.建模图像的选用和处理为获得比较高精度的三维模型及有限元模型，我们同时选择了“中国可视化人体”项目的一套男性彩色断层数据集和一套健康成年男性国人躯干部的CT的扫描数据，其中彩色断层数据分辨率为3072×2048×24bit，层厚为1.0mm。CT扫描数据为DICOM格式，由GE公司64排CT获得，为分辨率512×512×8bit的灰度图像。扫描层厚0.6mm。1.2.人体胸部三维模型的重建人体胸部三维模型的重建工作主要由Materialise公司的MIMICS软件完成，该软件可输入多幅灰度图像或是直接输入DICOM格式的CT、MRI数据，但暂不支持彩

8、色图像。将CT扫描数据输