包含寰枕和寰枢关节的颈部模型建模与验证

发布时间：2023-10-13 20:06

　　人体脊柱支撑身体的重量并保护脊髓。在所有脊柱损伤中,颈椎损伤是最常见的。颈部损伤是各类交通事故中最常见到的损伤类型,可能危及生命,利用有限元建立生物力学模型进行仿真研究是最经济、最有效的研究方法。人体颈椎一共有七块椎骨(C1-C7),分为上颈椎(C1-C2)和下颈椎(C3-C7),是人体脊椎中结构最复杂的部分之一。上颈椎可实现头部的屈伸和旋转运动,其中头的前屈和后伸主要由寰枕关节实现,旋转主要由寰枢关节实现;下颈椎在稳定头部姿态中起重要的作用,可防止颈椎运动角度过大而导致的肌肉拉伤等。有限元颈部模型可以更有效地评估椎骨、韧带和其他软组织的复杂变形中的应力和应变,已被广泛用颈部损伤机理的研究中。然而,现有的颈部模型存在对关节的建模考虑的较少,尤其是寰枕关节和寰枢关节的运动角度与实验结果偏差较大的问题。本文针对现有研究的不足,开展颈部有限元建模、关节运动角度验证以及韧带材料参数优化的研究,具体工作如下:(1)颈部有限元精细建模。基于中国第50百分位男性志愿者的CT扫描数据以及相关的医学文献,建立人体颈部颈椎几何模型,将椎骨的关节面等重要几何特征表现出来。对模型进行有限元网格划分,建立包括精...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 颈部损伤研究进展
        1.2.1 颈部实验研究
        1.2.2 国内外颈部有限元模型的研究进展
    1.3 韧带特性的研究进展
    1.4 本文研究目的和内容
第2章 颈部有限元模型的建立
    2.1 上颈椎建模
        2.1.1 寰枕关节建模
        2.1.2 寰枢关节建模
    2.2 下颈椎建模
        2.2.1 下颈椎椎骨建模
        2.2.2 下颈椎软组织建模
    2.3 颈部肌肉有限元建模
    2.4 有限元模型材料参数
    2.5 头颈有限元模型的建立
    2.6 小结
第3章 韧带特性多目标优化研究与关节角度验证
    3.1 模型运动角度与实验结果的对比分析
    3.2 参数优化方法简介
        3.2.1 参数优化问题求解思路简介
        3.2.2 试验设计方法简介
        3.2.3 近似模型简介
        3.2.4 寻优算法简介
    3.3 韧带松弛度简介与优化
        3.3.1 韧带松弛度简介
        3.3.2 韧带松弛度参数优化的数学模型建立
        3.3.3 近似模型的建立
        3.3.4 韧带松弛度多目标求解
        3.3.5 韧带特性曲线的确定
    3.4 优化效果验证
        3.4.1 基于Panjabi实验结果的验证
        3.4.2 基于Nightingale实验结果的验证
    3.5 小结
第4章 头颈有限元模型的验证
    4.1 基于Nightingale跌落实验验证
        4.1.1 模型的建立
        4.1.2 仿真边界条件的设定
        4.1.3 仿真结果与实验数据对比分析
    4.2 基于志愿者台车实验的前碰撞仿真验证
        4.2.1 模型的建立
        4.2.2 仿真边界条件的设定
        4.2.3 仿真结果与实验数据对比分析
    4.3 基于志愿者台车实验的后碰撞仿真验证
        4.3.1 模型的建立
        4.3.2 仿真边界条件的设定
        4.3.3 仿真结果与实验数据对比分析
    4.4 小结
第5章 总结与展望
    5.1 论文主要工作及结论
    5.2 未来工作展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3853681