侧面冲击下骨盆动脉损伤的生物力学研究

发布时间：2017-07-08 20:28

  本文关键词：侧面冲击下骨盆动脉损伤的生物力学研究

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【摘要】：交通事故、跌倒或坠落等意外经常引起对人体骨盆的冲击碰撞，造成伴有骨盆血管损伤的骨盆创伤，死亡率较高。临床发现盆内动脉损伤与骨盆骨折有密切关系，但也发现无骨折情况下骨盆动脉损伤。目前对骨盆骨折合并动脉损伤的机理认识还不充分，且多基于临床案例的统计分析和解剖学研究，基于生物力学的研究则较少。因此本文提出从生物力学角度探索侧面冲击条件下骨盆动脉损伤机理，为临床上预测和诊疗骨盆动脉合并伤提供相关基础理论，为进一步深入研究骨盆动脉损伤的生物力学研究奠定基础。本论文的主要工作归纳如下： 1、利用动脉造影CT图像，重建骨盆骨骼、皮肤、软骨和动脉的外轮廓；基于外轮廓和解剖特征，运用逆向工程手段建立骨盆-股骨-软组织复合体的曲面。利用有限元前处理软件，建立复合体的坐姿计算模型。 2、参照文献中的试验加载条件，对现有模型进行虚拟验证试验；对比文献的实验结果和模型输出结果来验证骨盆-股骨-软组织复合体模型；试验中冲击力达到最大时的时间相符；骨组织的高塑性应变区与试验报导的骨折位置基本一致；用来反映系统的整体响应和软组织响应的参数，如最大压缩百分比、粘性准则和最大能量耗散等，都接近试验的平均值且均在最大值和最小值的之间。因此可以确信本模型能用于侧面冲击下骨盆动脉损伤研究。 3、在典型的侧面冲击条件下，骨盆发生了冲击头与骨盆的首次碰撞和骨盆与障碍物（对侧支撑等）的减速碰撞。有限元分析表明，随着冲击能量上升，骨盆动脉的损伤风险加大；在冲击能量达焦耳时，骨盆动脉的最大等效应力和主拉伸应变分别为448KPa和28%；最先断裂的动脉可能是对侧的髂总动脉；同时发现动脉损伤风险与骨盆骨折风险正相关。 4、为从试验角度探索骨盆动脉损伤的机理，利用弹簧加速冲击质量的原理来设计骨盆撞击试验台，对骨盆冲击试验台进行了机械设计；调试冲击力传感器和设计控制系统界面，对骨骼结构和动脉运动的测量和动脉灌注和压力重建进行了实验方案的拟定。这些都为进行尸体骨盆的撞击试验做好了前期准备。 本文首次建立了包含骨盆动脉的骨盆-股骨复合体有限元模型。模型具有解剖结构的完整性和精确性，经验证能准确反映骨盆-股骨复合体的冲击响应，，适用于骨盆动脉损伤的生物力学研究。研究表明侧面冲击条件下骨盆骨骼的运动和变形有可能造成髂总动脉损伤。
【关键词】：生物力学 冲击 动脉 骨盆 损伤 有限元
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.01
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 选题的背景和意义12-14
• 1.1.1 选题背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 骨盆系统的冲击损伤的有限元研究现状14-16
• 1.2.2 冲击条件下动脉合并伤机制的研究现状16-18
• 1.2.3 骨盆侧面冲击试验的研究现状18-19
• 1.3 研究目的、内容及方法19-22
• 1.3.1 研究目的19-20
• 1.3.2 研究内容及论文的组织结构20
• 1.3.3 研究方法20-22
• 第二章 骨盆-股骨-软组织复合体的有限元模型22-46
• 2.1 骨盆-股骨复合体22-27
• 2.1.1 骨骼23-25
• 2.1.2 关节软骨及韧带25-27
• 2.1.3 主要动脉27
• 2.2 复合体的几何模型27-33
• 2.2.1 模型的数据来源28
• 2.2.2 外轮廓的构建28-30
• 2.2.3 NURBS 曲面的构建30-33
• 2.2.4 坐姿下复合体的几何模型33
• 2.3 单元及材料属性33-44
• 2.3.1 骨组织弹性定义33-35
• 2.3.2 骨组织的塑性定义35-36
• 2.3.3 韧带的材料属性36-37
• 2.3.4 软组织的材料特性37-39
• 2.3.5 动脉的材料属性39-40
• 2.3.6 单元的产生40-43
• 2.3.7 骨盆冲击中的接触对43-44
• 2.4 小结44-46
• 第三章 骨盆-股骨-软组织复合体有限元模型的验证46-56
• 3.1 验证试验的边界条件46-49
• 3.1.1 冲击试验概述46-48
• 3.1.2 虚拟试验的边界条件设置48-49
• 3.2 验证结果与分析49-56
• 3.2.1 冲击头与软组织的接触力49-50
• 3.2.2 骨折部位的验证50-52
• 3.2.3 整体响应的验证52-55
• 3.2.4 小结55-56
• 第四章 侧向冲击载荷下骨盆动脉响应的研究56-65
• 4.1 冲击过程的分析56-58
• 4.1.1 典型冲击速度和质量56
• 4.1.2 冲击过程概览56-58
• 4.2 动脉的等效应力分布58-60
• 4.3 动脉的主拉伸应变分布60-62
• 4.4 讨论62-64
• 4.5 小结64-65
• 第五章 骨盆冲击试验平台的设计65-79
• 5.1 骨盆冲击试验的意义和研究现状65-68
• 5.1.1 骨盆冲击试验台的意义65
• 5.1.2 骨盆冲击试验台的分类65-67
• 5.1.3 新型冲击试验台的必要性67-68
• 5.2 弹簧加速式骨盆冲击试验台68-74
• 5.2.1 整体的结构设计68-69
• 5.2.2 冲击滑台的设计69-71
• 5.2.3 预载装置的设计71-72
• 5.2.4 骨盆座椅的设计72-73
• 5.2.5 冲击能力评估73-74
• 5.3 控制系统及数据采集74-77
• 5.3.1 控制过程及控制界面设计74-75
• 5.3.2 冲击力传感器的调试75-76
• 5.3.3 运动和变形的测量76-77
• 5.4 动脉灌注技术和动脉运动捕捉77-78
• 5.5 小结78-79
• 第六章 全文总结与展望79-82
• 6.1 本文工作总结79-80
• 6.2 后续研究工作80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文89

【参考文献】

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本文编号：536201