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Simpleware经典案例:基于FEM的臂丛神经损伤分析

2019-02-12 14:38:37

    情况概述 

  日本山口大学使用Simpleware作为脊柱损伤生物力学研究和研究的一部分。 3D建模和仿真可以对潜在的临床解决方案进行详细分析。在这项研究中,使用脊柱,硬脑膜,根和臂丛的复杂三维有限元模型(FEM)检查成人臂丛神经损伤。 作者研究了臂丛神经损伤的机制,特别是应力和应变分布,以及该模型对其他应用的有用性。

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    案例工作流

Ø  Visible Human Project获取三维图像数据;

Ø  使用Simpleware ScanIP构建模型;

Ø  使用Simpleware +FE模块生成体网格;

Ø  使用Jvision配置边界条件;

Ø  使用LS-DYNA进行后处理模拟。

    建立模型

  山口大学的研究人员使用Simpleware ScanIP以及从Visible Human Project(美国国立医学图书馆,BethesdaMDUSA)提供的CTMRI图像的硬脑膜,椎骨和椎间盘等数据,生成3D FEM模型。肋骨和肋骨骨骼由于其在研究脊柱运动特性方面的重要性而被构造为胸廓。该模型还可用于观察与上肢运动相关的肩胛骨,锁骨和肱骨。 由于没有可用于臂丛的图像,因此部分部件采用研究数据构建到模型中。

Simpleware|三维图像数字建模|CT数据处理

Figure 1 脊神经根与其解剖形式成比例地扩展为臂丛

    网格划分及生成

  所有模型都使用20节点元素在Simpleware中进行网格划分。 边界条件使用JvisionJSOLTokyoJapan)配置,而LS-DYNA用于模拟。在模拟过程中设定了四种分析条件:颈椎后弯,颈后左侧屈曲,颈椎左旋,外上肢外展。各种情况下的臂丛的分布和应变大小的测量被用来确定应变增加的位置。

图片关键词Simpleware|三维图像数字建模|CT数据处理

Figure 2 模拟臂丛神经损伤情况

    模拟结果

Simpleware|三维图像数字建模|CT数据处理

Figure 3 脊柱后弯曲的模拟

  该研究结果表明与临床发现具有良好的一致性,使该模型成为有效的研究验证工具。 因此,可以开发出双轴神经丛损伤的保护方法,以帮助减少身体残疾和心理困扰。未来的研究可以为应变增加更真实的阈值,而有限元模型可以更复杂,以再现其他形式的损伤,包括血流。

    引用

    Mihara, A. et. al, 2017. Biomechanical analysis of brachial plexus injury: Availability of three-dimensional finite element model of the brachial plexusExperimental and Therapeutic Medicine.

    特别鸣谢

        ·     Yamaguchi University: N. Nishida, T. Kanchiku, Y. Imajo, H. Suzuki, M. Funaba, D. Nakajima, A. Mihara, H. Yamagata, T. Taguchi, H. Tagawa, J. Ohgi, X. Chen

        ·     JSOL Corporation: M. Miyazaki