人头部声场的分布和强度

发布时间：2017-03-17 17:04

  本文关键词：人头部声场的分布和强度，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人头部疾病的治疗方式往往会引起医疗界极大的关注,目前医疗领域已将超声波技术应用于人头部疾病的治疗并有着显著的效果。然而,对于声波在人头部传播时会在颅腔形成怎样的声场依然缺乏完整和可靠的信息,直接在人头部进行试验和测量是十分危险和困难的。因此,为了推动利用超声治疗人头部疾病的技术发展,采用有限元仿真(FEM)的方式来模拟研究人头部声场的分布和强度是十分有必要的。本文的主要工作内容如下:1.在查阅人头部基本的尺寸数据和材料参数后,摒弃了传统工程建模的方式,采用三维动画建模软件3ds Max创建了人头部的基本几何模型,在最大限度逼近人体解剖学模型的基础上对相邻相似组织进行统一化处理。2.将创建好的人头部几何模型成功导入有限元计算软件COMSOL Multiphysics中,进行物理场设置、材料添加、边界条件设定和网格划分等前期处理,成功转化为有限元计算模型。3.在人头部有限元模型上添加外部激励,改变了激励条件,计算了不同激励频率、激励位置、激励振幅以及不同尺寸模型下颅腔内形成的声场的分布和颅骨上所产生的应力。4.结合实际应用以及临床数据,对计算所得到的结果进行分析和讨论,得出声波是通过颅骨的振动传播至颅腔内,超声疗法对病变位置位于大脑皮层的疾病会有很好的治疗效果,并且将动物头部实验所得到的数据直接应用于人类或将成人头部实验所得到的数据直接应用于幼儿都是十分不合理的。这种研究方式避免了直接在人头部实验所造成的不必要的伤害,并对模拟计算过程中得到的声场分布和强度数据做出相应的结论。给今后超声技术在治疗人头部疾病的应用发展提供一定的理论帮助。
【关键词】：声波 人头部 声场 有限元仿真 应力
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R454.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 选题背景11
• 1.2 超声技术在医疗领域的应用11-14
• 1.2.1 超声的生物学作用11-12
• 1.2.2 超声治疗技术发展的国内外现状12-13
• 1.2.3 超声技术应用于人头部疾病的治疗13-14
• 1.3 课题的研究意义、目的和内容14-16
• 第二章 人头部生物声学的有限元仿真16-22
• 2.1 生物声学的相关知识16-18
• 2.1.1 声波基础16
• 2.1.2 生物声学16-18
• 2.2 人头部的有限元仿真18-20
• 2.2.1 有限元法概述18
• 2.2.2 人头部的生物声学有限元仿真背景18-19
• 2.2.3 有限元计算软件的选用19-20
• 2.3 人头部生物声学有限元仿真的物理场分析20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 仿真人头部有限元模型的建立22-32
• 3.1 人体头部三维模型的构建22-26
• 3.1.1 建模软件的选用23
• 3.1.2 人头部的尺寸数据23-25
• 3.1.3 人头部基本模型的建立25-26
• 3.2 有限元计算软件中几何模型的导入26-27
• 3.3 有限元模型的前处理27-29
• 3.3.1 有限元模型的材料参数和边界条件的设置28
• 3.3.2 有限元模型的网格划分28-29
• 3.4 激励条件的设置和剖切面的定义29-30
• 3.4.1 激励条件的拟定29-30
• 3.4.2 剖切面的定义30
• 3.5 本章小结30-32
• 第四章 仿真人头部声场分布和颅骨应力的有限元计算32-48
• 4.1 不同激励频率下颅腔内声场的计算32-36
• 4.2 不同激励位置下颅腔内声场的计算36-40
• 4.2.1 不同位置单个点激励下颅腔内声场的计算36-37
• 4.2.2 多个不同位置同时添加点激励下颅腔内声场的计算37-39
• 4.2.3 面激励下颅腔内声场的计算39-40
• 4.3 不同模型尺寸下颅腔内的声场计算40-42
• 4.4 颅骨应力的计算42-45
• 4.4.1 不同激励位置和激励频率下颅骨上最大应力的计算43-45
• 4.4.2 不同计算模型尺寸下颅骨上最大应力的计算45
• 4.5 不同激励振幅下颅腔内的声场计算45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 对计算结果的分析与讨论48-54
• 5.1 分析与讨论48-52
• 5.1.1 激励频率对颅腔内声场的影响48-49
• 5.1.2 激励位置对颅腔内声场的影响49-50
• 5.1.3 模型尺寸对颅腔内声场的影响50
• 5.1.4 声波传播时在颅骨产生的应力50-52
• 5.1.5 激励振幅对颅腔内声场的影响52
• 5.2 本章小结52-54
• 第六章 总结与展望54-57
• 6.1 全文总结54-55
• 6.2 工作展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文62

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本文编号：253174