[发明专利]一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法

权利要求书

1.一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、建立包含心脏、肺、胸骨和肋骨的几何模型，进行平滑处理后分别转化成若干数值曲面片导出；

具体包括：首先，对中国成年男性的CT扫描图像进行分割，分别获得心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的几何轮廓模型；并分别导入到建模软件中；

然后，在建模软件中对胸骨和肋骨的几何模型进行合并以及做平滑处理；设定心脏与周围组织牵连的具体部位以及进行平滑处理；针对左右两块肺，分别设定每块肺与周围组织牵连的具体位置和进行平滑处理；

对心脏的几何模型进行处理的过程为：

在综合考虑与心脏相连的血管力学特性的基础上，忽略心脏与其他血管的牵连作用，将心脏上端与主动脉连接处作为唯一与外界组织相互作用的部位，并对曲率K＞500m^-1的位置进行B样条平滑处理；

对左肺和右肺的几何模型进行处理的过程为：

针对左右两块肺，综合考虑肺部的实际解剖特征和周围牵连组织的力学特征，将每块肺与气管相连接的位置分别作为与外部组织牵连的唯一位置，并对肺部模型中曲率K＞500m^-1的位置进行B样条平滑处理；

最后，将平滑处理完成的心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的模型，分别各自构造若干数值曲面片并导出；步骤二、在有限元软件中，分别将心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的数值曲面片各自合成一个完整的曲面，并分别在四个完整曲面上各保留一条边界线，以控制网格尺寸和网格质量；

步骤三、分别对心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨进行网格划分和定义不同材料属性；

对心脏，左肺和右肺三个由完整曲面封闭的三维空间上，均采用三维四面体网格和六面体单元进行网格划分；且采用各向同性粘弹性材料定义；

步骤四、设置心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的外部约束条件，以及各几何模型之间的接触约束，形成完整的飞行员心肺有限元模型；

外部约束条件为：在心脏与周围组织牵连的具体部位、每块肺与周围组织牵连的唯一位置，以及整个胸骨和肋骨上施加相同的运动约束；

接触约束是模拟心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨之间在过载作用过程中可能发生的相互接触；心脏和左肺、右肺分别采用柔性接触，采用双向搜索算法，以考虑心脏和肺变形后的接触分析精度；左肺、右肺与胸骨和肋骨之间分别采用柔性与刚性接触，采用单向搜索算法，可在保证接触分析精度的基础上提高计算效率；以及心脏与胸骨和肋骨之间分别采用柔性与刚性接触，采用单向搜索算法，可在保证接触分析精度的基础上提高计算效率；

步骤五、对完整的飞行员心肺有限元模型进行求解，得到模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据；

首先，设置求解过程参数、求解器选项和输出选项；

求解过程参数是指：求解过程的结束时间；求解器选项是指：设置最小时间步长；输出选项设置为：位移、应力和应变；

然后，将飞行员心肺有限元模型导出进行求解，得到模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据；

步骤六、利用模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据，进一步分析心肺发生损伤的风险。

2.如权利要求1所述的一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，所述的步骤一中，对胸骨和肋骨的几何模型进行处理的过程为：

对胸骨和肋骨的几何模型中曲率K＞200m^-1的部分进行B样条平滑处理，同时将胸骨和肋骨的相邻段进行桥接处理，删除内部三角形面片，从而将胸骨和肋骨合并为一个整体，对胸骨和肋骨之间的连接处进行B样条平滑处理。

3.如权利要求1所述的一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，所述的步骤二中四个完整曲面包括：心脏的若干数值曲面片合成一个完整曲面；左肺的若干数值曲面片合成一个完整曲面；右肺的若干数值曲面片合成一个完整曲面；合并胸骨和肋骨后的若干数值曲面片合成一个完整曲面。

4.如权利要求1所述的一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，所述的步骤三中：

对胸骨和肋骨的完整曲面上，采用二维三角形单元和四边形单元进行网格划分；且采用各向同性线弹性材料定义。

5.如权利要求1所述的一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，所述的步骤六通过对飞行员心肺有限元模型的位移、应力和应变随时间的动态变化数据，参考安全防护领域里的压缩量准则和粘性准则，分别对飞行员的心脏和肺部的损伤风险进行评估。