侧面冲击下骨盆动脉损伤的生物力学研究

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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。
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