發(fā)布時(shí)間：2020-08-27 17:52

【摘要】：破片傷是指爆炸性武器在爆炸時(shí)產(chǎn)生的投射物擊中機(jī)體后產(chǎn)生擠壓、撕裂、震蕩以及瞬時(shí)空腔效應(yīng)等對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能造成的損傷。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式的改變,由爆炸性武器產(chǎn)生的高速破片已經(jīng)成為造成參戰(zhàn)人員和戰(zhàn)區(qū)平民傷亡的最主要因素。以往研究高速破片創(chuàng)傷彈道學(xué)特點(diǎn)的方法主要依賴(lài)于采用生物組織模擬靶材料和在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)布置測(cè)量?jī)x器等,其局限性在于實(shí)驗(yàn)成本較高、測(cè)量位點(diǎn)及方向有限、數(shù)據(jù)采集困難以及動(dòng)物倫理學(xué)爭(zhēng)議,大大限制了對(duì)高速破片致傷機(jī)制的深入研究。本實(shí)驗(yàn)基于一種新型的動(dòng)力加載平臺(tái),采用形態(tài)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化破片對(duì)實(shí)驗(yàn)豬下頜部致傷,利用有限元數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)豬下頜復(fù)合組織高速破片傷進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,模擬不同致傷條件下其動(dòng)態(tài)損傷過(guò)程,并將數(shù)值模擬結(jié)果與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,以建立科學(xué)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性俱佳的標(biāo)準(zhǔn)化頜面部高速破片傷有限元模型。本研究將應(yīng)用有限元分析的方法,建立具備高速破片的致傷因素的頜骨高速破片傷的數(shù)字化模型并進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,研究其生物力學(xué)特征,使其更接近于真實(shí)致傷情況,有利于更準(zhǔn)確的分析致傷機(jī)制和傷情特點(diǎn),為高速破片傷的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提供計(jì)算機(jī)模擬模型。實(shí)驗(yàn)方法:實(shí)驗(yàn)首先利用CT三維掃描技術(shù)對(duì)新鮮離體豬頭進(jìn)行掃描,獲取新鮮離體豬頭的原始影像學(xué)數(shù)據(jù),再將數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)圖像控制軟件MIMICS中進(jìn)行編輯,精確選取實(shí)驗(yàn)所需區(qū)域,對(duì)該區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化處理并進(jìn)行三維重建。隨后在有限元前處理軟件中對(duì)三維幾何模型進(jìn)行有限元前處理,對(duì)模型進(jìn)行實(shí)體化并劃分網(wǎng)格,形成了豬頭部實(shí)體化模型。運(yùn)用二級(jí)輕氣炮加載圓柱狀破片對(duì)新鮮離體豬頭進(jìn)行毀傷,通過(guò)控制加載裝置設(shè)定不同速度的破片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并測(cè)量碰撞時(shí)下頜角區(qū)加速度與髁突部應(yīng)變等生物力學(xué)數(shù)據(jù)。以相同的致傷條件在有限元軟件中對(duì)毀傷過(guò)程進(jìn)行模擬,采集生物力學(xué)數(shù)據(jù)并與毀傷實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:實(shí)驗(yàn)一:本實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)薄層CT對(duì)新鮮離體豬頭進(jìn)行掃描,利用MIMICS軟件將豬頭部CT數(shù)據(jù)中的豬下頜復(fù)合組織分離出來(lái)并進(jìn)行了三維重建,生成了豬下頜復(fù)合組織三維模型,該模型尺寸與實(shí)物標(biāo)本接近,解剖結(jié)構(gòu)清晰,模型外形光滑,無(wú)嚴(yán)重畸變,細(xì)節(jié)保存完好。實(shí)驗(yàn)二:高速度破片擊中新鮮離體豬頭下頜后可見(jiàn)破片均未穿透豬頭,在軟組織表面形成近似圓形傷道,直徑大于圓柱狀破片直徑,傷道大致呈圓柱狀,傷口周?chē)梢?jiàn)燒傷樣改變。位于下頜角區(qū)的加速度測(cè)試儀未發(fā)生松動(dòng)、脫落。位于下頜升支應(yīng)變片粘貼牢固,無(wú)松動(dòng),導(dǎo)線完整性良好,無(wú)折斷、損壞。三維重建下頜骨后顯示骨損傷均呈入口小出口大,無(wú)論入口與出口外形均為不規(guī)則形態(tài),破片殘留于對(duì)側(cè)頜骨骨組織內(nèi)。實(shí)驗(yàn)三:通過(guò)有限元?jiǎng)討B(tài)仿真高速破片擊中豬下頜復(fù)合組織過(guò)程,碰撞過(guò)程與毀傷實(shí)驗(yàn)相似,對(duì)比實(shí)驗(yàn)與模擬骨損傷面積,無(wú)論傷道入口還是出口實(shí)驗(yàn)損傷面積均較模擬較大。對(duì)比加速度波形圖可知,在入射方向上加速度峰值實(shí)驗(yàn)與仿真仍有一定差距,但是波形以及趨勢(shì)擬合度較好,都為碰撞起始時(shí)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大加速度,沿入射方向來(lái)回波動(dòng)并逐漸衰減。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:1、通過(guò)薄層CT對(duì)動(dòng)物標(biāo)本進(jìn)行掃描利用醫(yī)學(xué)影像軟件直接進(jìn)行三維重建并實(shí)體化所得到的模型外形逼真、結(jié)構(gòu)清晰,同時(shí)提高了建模速度與建模精確性。2、通過(guò)二級(jí)輕氣炮加載破片對(duì)新鮮離體豬頭進(jìn)行毀傷,準(zhǔn)確測(cè)得各項(xiàng)生物力學(xué)數(shù)據(jù),準(zhǔn)確性較高,可為頜面部高速破片傷有限元模型的建立打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3、本研究在建模時(shí)將軟組織材料與骨組織相復(fù)合,實(shí)現(xiàn)了高速破片毀傷生物體動(dòng)態(tài)過(guò)程的仿真,且符合性較好、真實(shí)性較高。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：R782
【圖文】：

圖 1 修整后有限元模型驗(yàn)計(jì)算模型分為 5 部分，劃分為 542483 個(gè)單元、共有 176635 個(gè)有 5 部分，分別是豬下頜骨有限元模型如圖 2、左頰側(cè)軟組織有限頰側(cè)軟組織有限元模型如圖 4、左舌側(cè)軟組織有限元模型如圖 5、元模型如圖 6。破片長(zhǎng)徑比為 5.5mm，劃分為 1155 個(gè)四面體單元如圖 7 所示。所有有限元單元均為實(shí)體單元，有限元模型整體網(wǎng)準(zhǔn)確，幾何外形較為逼真，整體模型十分理想，為有限元分析與實(shí)的基礎(chǔ)。

圖 1 修整后有限元模型本實(shí)驗(yàn)計(jì)算模型分為 5 部分，劃分為 542483 個(gè)單元、共有 176635 個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中豬下頜有 5 部分，分別是豬下頜骨有限元模型如圖 2、左頰側(cè)軟組織有限元模型如圖 3、右頰側(cè)軟組織有限元模型如圖 4、左舌側(cè)軟組織有限元模型如圖 5、右舌側(cè)軟組織有限元模型如圖 6。破片長(zhǎng)徑比為 5.5mm，劃分為 1155 個(gè)四面體單元，共有 1440個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖 7 所示。所有有限元單元均為實(shí)體單元，有限元模型整體網(wǎng)格劃分較為清晰、準(zhǔn)確，幾何外形較為逼真，整體模型十分理想，為有限元分析與計(jì)算打下了較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖 1 修整后有限元模型本實(shí)驗(yàn)計(jì)算模型分為 5 部分，劃分為 542483 個(gè)單元、共有 176635 個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中豬下頜有 5 部分，分別是豬下頜骨有限元模型如圖 2、左頰側(cè)軟組織有限元模型如圖 3、右頰側(cè)軟組織有限元模型如圖 4、左舌側(cè)軟組織有限元模型如圖 5、右舌側(cè)軟組織有限元模型如圖 6。破片長(zhǎng)徑比為 5.5mm，劃分為 1155 個(gè)四面體單元，共有 1440個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖 7 所示。所有有限元單元均為實(shí)體單元，有限元模型整體網(wǎng)格劃分較為清晰、準(zhǔn)確，幾何外形較為逼真，整體模型十分理想，為有限元分析與計(jì)算打下了較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2806423