下肢有限元模型的建立及损伤重建

摘要

目的：建立完整的人体下肢有限元模型，探讨碾压及撞击情况下下肢的损伤机制，并利用此模型对一具体下肢损伤进行有限元分析。方法：基于交通事故受害者下肢完整的CT扫描图片，利用Mimics 13.0重建下肢股骨、胫骨、腓骨、髌骨、半月板、膝关节韧带以及软组织几何模型。利用结构化网格生成方法划分模型，并根据文献材料属性确定各部分的材料参数。通过长骨、大腿及小腿的三点弯曲模拟试验与文献试验结果对比验证模型的有效性。用轮胎模型分别以10m/s，20m/s，40m/S的速度碾压大腿中段，以上述速度分别撞击大腿下段和股骨上段。通过碾压与撞击的模拟对比，得出下肢不同损伤的损伤机制。通过与一例交通事故下肢损伤进行对比。明确实际案例的损伤过程。结果：本文建立了一例完整的人下肢有限元模型，主要以六面体网格进行模型划分。验证实验中，模型的接触力峰值，最大弯矩值以及弯矩曲线与文献报道的试验数据吻合。在轮胎碾压情况下，长骨可形成节段性骨折，股骨的骨折模式与案例中的骨折模式一致。结论：有限元模型及分析方法能用于法医学损伤机制的分析与研究，对复杂案例可用于区分可能及不可能的损伤场景。