TrueGrid儿童肱骨仿真：生物医学六面体网格有限元建模与验证案例

一、研究背景

有限元法在人体生物力学的研究中显示了极大的优越性。儿童骨骼的有机质和无机质含量比例高于成人，弹性模量比成人相对要小，同样的实验装置、撞击速度不同，肱骨可承受的载荷值也不同。本研究建立6岁儿童肱骨的三维有限元模型，进行生物力学分析。

二、研究方法

使用6岁儿童志愿者的CT数据，导入Mimics 10.01软件进行三维重建。运用Geomagic Studio 12.0进行表面优化处理。使用TrueGrid软件进行网格划分，生成3,024个节点、1,875个八节点六面体单元的高质量网格。

三、材料属性赋值

根据儿童骨骼的材料特性进行赋值，考虑儿童骨骼与成人骨骼的差异：弹性模量考虑有机质含量比例，泊松比参考儿童骨骼材料参数，密度根据CT数据灰度值估算。

四、三点弯曲试验仿真

模拟肱骨的三点弯曲试验，加载0.01 m/s和3 m/s两种动态载荷。实验结果表明，肱骨中部均发生断裂，载荷-位移曲线与尸体试验结果近似。

五、结论

儿童肱骨有限元模型仿真结果与尸体试验结果较为接近，有限元仿真法可以很好的模拟人体骨骼的物理特性，本模型可进行进一步的生物力学研究。