人体组织三维建模技术与有限元仿生

因为计算机程度和软件本领的快速提升，数值模仿技术获得较大的进展。人们已然开发出头部、大脑和血管等模型来研发头部伤害机理和伤害防护。

有限元法是研发人体组织伤害机理的首要方式，因为人体组织构造的高难性，怎样创建高生物仿生度的有限元模型是有限元计算中必需处理的主要问题；其次，怎样处理数值模仿中的高度非线性、流固耦合问题，是有限元模仿的要害。

Mimics与ANSYS联合仿生技术

Mimics软件是一套集成逆向工程、原料工程、生物力学工程、有限元解析等 多产业、多学科行业的统一处理计划的专业软件,它通过对三维体图或二维平面序列图片(CT/MRI)进行提炼、分隔、归并等操控,形成外表重建后的三维图片。

ANSYS是国际上最驰名的通用有限元解析软件之一，在计算理论和求解问题的全面性方面处于世界领先的地位，特别对于构造非线性、流/固耦合等高难问题的求解拥有强力优势，被业内人士认定是非线性有限元成长方向的先导，被全面运用于逐个产业行业的工程仿生计算，含盖土木建筑、交通运输、石油化工、机器生产、航空航天、车辆、国防军工、船舶、生物力学并且科学研发等逐个行业。

应用Mimics与ANSYS联合仿生技术，能够将人体组织的CT/MRI二维断层扫描

信息创立三维模型。ANSYS强力的非线性力学计算性能和流固耦合求解本领，高效并准确的模仿组织应力、应变、传热、流体动力学等问题。

解析工作过程图

血管的流体动力学计算

基于MRI图片，应用Mimics进行三维模型重建，并创建了血管三维流体动力学有限元模型。本例中须要计算血管的流速、流压，因而计算中须要调用ANSYS中的Fluent来求解。

从MR图片到三维有限元模型

模仿的脑脊髓流动动力学模仿：压力、速率散布

脑积水病人脑部应力散布和速率场散布

脑动脉瘤的流固耦总计算

脑动脉瘤是动脉病态的膨胀，通常发掘于韦利斯氏环的前部和后部。脑动脉瘤的爆裂会引发蛛网膜下出血并且严重的并发症。因而，在脑动脉瘤爆裂的解析中，血液动力学阐扬着很首要的功效。以下的例子模仿了血液的流动并且流固耦合问题。模型的创建应用了三维图片解决技术，并选用ANSYS Fluent中的非牛顿不能压缩流体、流固耦合求解器。

图示分别为血液压力散布、组织剪切应力、有效应力、位移散布

心脏的流固耦合模仿

大多数的生物组织运动流程都与流固耦合相关。本例就应用了流固耦总计算方式，模仿了某位病人左右心房和膜片的模型，目标是拿来优化心脏肺动脉瓣的内科手术。

心脏的主应力和主应变云图

被动脉瓣的流固耦合模仿

本例应用ANSYS创建了被动脉根和被动脉瓣的二维平面应变模型，弱可压缩流体，并在通道给定14mmHg的压力。

不同时刻的速率场散布

多孔弹性有限元模型预判腰椎间盘的渐进毁坏

腰椎间盘凸显症是比较常见的疾患之一，首要是由于腰椎间盘各部份（髓核、纤维环及软骨板），特别是髓核，有不同水平的退行性变化后，在外力原因的功效下，椎间盘的纤维环爆裂，髓核组织从爆裂之处凸显（或脱出）于前方或椎管内，造成相邻脊神经根遭遇刺激或压迫，进而构成腰部疼痛，一侧下肢或双下肢麻木、疼痛等一系列临床病症。腰椎间盘高难的模型创建，是有限元解析的重点。

本例中应用ANSYS进行循环加载，来模仿腰椎间盘渐进毁坏。模仿的结果能够拿来研发怎样以免因为反复的负重而引发的疼痛。

应用多孔介质原料来模仿椎间盘，以及参考固相和液相。下图为腰椎间盘的有限元模型。

腰椎间盘网格图

1个循环加载后，各部位所受的力与时间的联系如下图所示。

受力与时间的联系

同时，咱们也能获取在不同加载力和循环次数前提下的椎间盘有效应力云图。

有效应力云图