Research Progress and Forensic Application of Human Vascular Finite Element Modeling and Biomechanics

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.411103

Abstract

Abstract:

The finite element method （FEM） is a mathematical method for obtaining approximate solutions to a wide variety of engineering problems. With the development of computer technology， it is gradually applied to the study of biomechanics of human body. The application of the combination of FEM and biomechanics in exploring the relationship between vascular injury and disease， and pathological mechanisms will be a technological innovation for traditional forensic medicine. This paper reviews the construction and development of human vascular FEM modeling， and its research progress on the vascular biomechanics. This paper also looks to the application prospects of FEM modeling in forensic pathology.

Key words: forensic pathology, biomechanics, finite element method, vascular, review

CLC Number:

Yong ZENG, Dong-hua ZOU, Ying FAN, Qing XU, Lu-yang TAO, Yi-jiu CHEN, Zheng-dong LI. Research Progress and Forensic Application of Human Vascular Finite Element Modeling and Biomechanics[J]. Journal of Forensic Medicine, 2023, 39(5): 471-477.

Figures/Tables 1

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部位	有限元软件	单元数量	材料模型	材料属性	参考文献
主动脉弓	LS-DYNA	7 355个四面体单元（4 281个节点）	Blatz-Ko模型	ρ_s=1.00 g/cm3、G=10 MPa、 E=1.0 MPa、γ=0.45	[18]
颈总动脉	LS-DYNA	28 196个六面体单元	Mooney-Rivlin模型	ρ_s=1.00 g/cm3、K=2.71×10³、 γ=5.20、E=0.236 N/mm2	[19]
全主动脉	ANSYS	-	Ogden模型	ρ_s=1.00 g/cm3、η=0.004 Pa?s	[20]
主动脉弓	ANSYS	14 707个四面体单元	-	E=3 MPa、γ=0.49	[21]
主动脉弓	ABAQUS	18 000~20 000个三角形单位（9 000~10 000个节点）	-	E=3 MPa、γ=0.46	[22]
腹主动脉	BioDyn	2 000 000～2 500 000个四面体单元	Ogden模型	ρ_s=1.05 g/cm3	[23]
全主动脉	ANSYS	-	-	ρ_s=1.03 g/cm3、η=0.003 5 Pa?s、壁面密度=2.0×103 kg/m3、 E=1.08 MPa、γ=0.45	[24]
腹主动脉	ANSYS	146 858个六面体单元	超弹性模型	ρ_s=2.0 g/cm3、E=0.352 9 MPa、 η=0.003 5 Pa?s、γ=0.45	[25]
腹主动脉	COMSOL	13 832个域单元，9 324个边界单元，1 035个边单元	-	ρ_s=1.121 g/cm3、E=2.7 MPa、 γ=0.45	[26]
全主动脉	LS-DYNA	-	线弹性模型	ρ_s=1.20 g/cm3、E=8.87 MPa、 γ=0.4	[27]
腹主动脉	LS-DYNA	49 920个六面体单元、 137 052个四面体单元	Ogden-Holzapfel 模型	ρ_s=1.05 g/cm3、K=2.4 GPa	[28]
冠状动脉	ANSYS	2 202 803个四面体单元（424 228个节点）	-	ρ_s=1.06 g/cm3、η=0.003 7 Pa?s	[29]
全主动脉	LS-DYNA	-	黏弹性模型	ρ_s=1.20 g/cm3、E=0.5 MPa、γ=0.4	[30]
全主动脉	LS-DYNA	12 296个四面体单元	超弹性模型	ρ_s=1.05 g/cm3、η=0.004 5 Pa?s、 K=2.5 GPa	[31]
全主动脉	LS-DYNA	4 118个四面体单元（1 310个节点）	Ogden模型	ρ_s=1.2 g/cm3、E=1 000 kPa、 γ=0.45、G=（137±18） kPa	[32]

部位	有限元软件	单元数量	材料模型	材料属性	参考文献
主动脉弓	LS-DYNA	7 355个四面体单元（4 281个节点）	Blatz-Ko模型	ρ_s=1.00 g/cm3、G=10 MPa、 E=1.0 MPa、γ=0.45	[18]
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全主动脉	ANSYS	-	Ogden模型	ρ_s=1.00 g/cm3、η=0.004 Pa?s	[20]
主动脉弓	ANSYS	14 707个四面体单元	-	E=3 MPa、γ=0.49	[21]
主动脉弓	ABAQUS	18 000~20 000个三角形单位（9 000~10 000个节点）	-	E=3 MPa、γ=0.46	[22]
腹主动脉	BioDyn	2 000 000～2 500 000个四面体单元	Ogden模型	ρ_s=1.05 g/cm3	[23]
全主动脉	ANSYS	-	-	ρ_s=1.03 g/cm3、η=0.003 5 Pa?s、壁面密度=2.0×103 kg/m3、 E=1.08 MPa、γ=0.45	[24]
腹主动脉	ANSYS	146 858个六面体单元	超弹性模型	ρ_s=2.0 g/cm3、E=0.352 9 MPa、 η=0.003 5 Pa?s、γ=0.45	[25]
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全主动脉	LS-DYNA	-	线弹性模型	ρ_s=1.20 g/cm3、E=8.87 MPa、 γ=0.4	[27]
腹主动脉	LS-DYNA	49 920个六面体单元、 137 052个四面体单元	Ogden-Holzapfel 模型	ρ_s=1.05 g/cm3、K=2.4 GPa	[28]
冠状动脉	ANSYS	2 202 803个四面体单元（424 228个节点）	-	ρ_s=1.06 g/cm3、η=0.003 7 Pa?s	[29]
全主动脉	LS-DYNA	-	黏弹性模型	ρ_s=1.20 g/cm3、E=0.5 MPa、γ=0.4	[30]
全主动脉	LS-DYNA	12 296个四面体单元	超弹性模型	ρ_s=1.05 g/cm3、η=0.004 5 Pa?s、 K=2.5 GPa	[31]
全主动脉	LS-DYNA	4 118个四面体单元（1 310个节点）	Ogden模型	ρ_s=1.2 g/cm3、E=1 000 kPa、 γ=0.45、G=（137±18） kPa	[32]

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