有限元方法在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用.pdf

1、有限元方法自上世紀(jì)中期誕生以來(lái),由于其通用性和有效性,在包括生物醫(yī)學(xué)工程在內(nèi)的工程領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)足的發(fā)展。大型通用有限元應(yīng)用程序因其強(qiáng)大的功能、簡(jiǎn)單的操作、可靠的結(jié)果和較高的效率,更使有限元方法成為生物醫(yī)學(xué)工程中強(qiáng)有力的工具。本文通過(guò)利用有限元方法分析人體小腿的二維傳熱模型,以及基于實(shí)際醫(yī)學(xué)影像的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤三維血液動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)有限元方法在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用進(jìn)行具體的介紹。
　　 本文首先對(duì)生物組織的主要傳熱方式、

2、常用傳熱模型及熱物性參數(shù)測(cè)量方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。隨后根據(jù)人體小腿的截面解剖圖建立了簡(jiǎn)化的二維傳熱模型,將其劃分為骨骼層、內(nèi)部肌肉層、外部肌肉層及皮膚層等在熱量傳輸方面有重要區(qū)別的層次。我們計(jì)算并分析了血液灌注率、組織的代謝產(chǎn)熱率、環(huán)境溫度及空氣對(duì)流系數(shù)等因素對(duì)傳熱模型的影響。計(jì)算結(jié)果顯示,代謝產(chǎn)熱率和空氣對(duì)流系數(shù)對(duì)組織溫度分布的影響相對(duì)較小,而當(dāng)血液灌注率和環(huán)境溫度上升到一定程度時(shí)對(duì)組織溫度分布的影響也逐漸變小。我們還計(jì)算了幾種不考慮平

3、行逆流血管對(duì)效應(yīng)的情況以考察其對(duì)組織溫度分布的影響,對(duì)比結(jié)果顯示平行逆流血管對(duì)在人體組織傳熱過(guò)程中有著重要的作用。
　　 我們還從兩例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的原始3DRA影像數(shù)據(jù)入手,對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的幾何外形進(jìn)行了精確的三維重建,以此建立了在血液為牛頓流體和血管壁為剛性壁的假設(shè)前提下的血液動(dòng)力學(xué)模型。計(jì)算結(jié)果顯示,瘤頸處存在壁面切應(yīng)力最大點(diǎn),這是由于血液對(duì)瘤頸處的動(dòng)脈管壁造成強(qiáng)烈沖擊,瘤頸處的流場(chǎng)比較復(fù)雜,血流速度梯度相對(duì)較大的緣故。我們