马志坚，白丽萍（综述），毕春，王秋根＊（审校）
１．医院骨与创伤科，云南昆明
２．南京医科大学附属上海一院临床医学院创伤中心，上海
［关键词］有限元分析；血管系统损伤；综述文献
临床工作中经常会遇到外伤患者并发血管损伤的情况?深入了解血管损伤的机制有助于理解血管破损和血栓形成的病理过程,便于早期作出血管损伤的预警并采取相应处理措施,降低肢体和器官缺血坏死的概率?针对血管损伤,既往采用的研究方法主要是观察法,如流行病学资料收集?解剖数据分析,少数学者也曾进行过生物力学的研究[1]?这些研究均居于宏观层面,解释血管损伤机制的程度有限?有限元分析(finiteelementanalysis)又称有限元法,擅长计算对象的内部应力,是研究血管损伤机制的有力工具?现就相关文献进行回顾,总结这一领域的研究现状和不足,指出今后努力的方向?
１有限元分析１．１有限元分析的发展史
所谓有限元分析,就是通过将研究对象的连续求解区域离散为一组数量有限且按一定方式相互连接在一起的单元组合体,使连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题,从而得到整个求解域上的近似解?这一思想是在20世纪40~50年代汇集不同学者各自理论的基础上逐渐形成的?由于Turner[2]将有限元分析的思想成功应用到复杂结构的刚度和桡度的分析当中,发展出直接刚度法(DirectStiffnessMethod)在航空?航天工业设计当中获得广泛应用,因此很多场合被认为是有限元分析的开创者?
20世纪60年代,出现了由Zienkiewicz等[3]合写的有限元分析的第一本专著《Thefiniteelementinstructuralandcontinuummechanics》?20世纪60年代后期,利用加权余量法确定单元特性和建立求解方程,使有限法在变分的泛函无效但已知问题的微分方程和边界条件时仍能成立?20世纪70年代,徐芝纶院士首次将有限元法引入我国,于年编著出版了我国第一部关于有限元法的专著《弹性力学问题的有限单元法》,开创了我国有限元应用及发展的历史?目前,有限元分析应用范围已从平面弹性问题扩展到空间问题,由静态问题扩展到动态问题,从固体力学扩展到流体力学,由传导问题扩展到场的问题,从线性问题扩展到非线性问题,由稳态力学扩展到断裂力学?分析方法也由线性分析发展到非线性分析,出现了诸如高阶元?罚单元?超矩阵法和子空间迭代法等新的求解算法?有限元分析软件和CAD软件的无缝连接更使得设计水平有了质的提升?
１．２有限元分析的过程
有限元分析主要包含3个步骤:前处理,将一个具体问题转化为计算机用有限元方法可以处理的问题,如模型的简化?抽象,网格的建立和材料与边界条件的界定等;计算,就是让电脑运算;后处理,将计算机的计算结果转化成人们能够直观读懂的信息,如数据?云图?动画等[4-5]?
１．３常用有限元软件
目前国内广泛使用的商业有限元软件主要有ANSYS?NASTRAN?LS-DYNA?ABAQUS?DYTRAN?ADINA?ALGOR等系统?ANSYS擅长于多物理场和非线性问题的有限元分析,但其集成的模块越来越多,使得其对一些问题的分析并不比其他软件差;NASTRAN是全球CAE工业标准的原代码程序,在航空航天领域设计中得到普遍应用;LS-DYNA最初是针对核弹头设计开发的,对于冲击?接触等非线性动力分析具有优势;ABAQUS不但可以对单一零件进行力学分析,还能进行多物理场和系统级的分析;DYTRAN在处理高度非线性?流固耦合方面有独特之处;ADINA是开源程序,使用者可以改造软件来满足所研究问题的特定要求,且对诸如接触?塑形等复杂的非线性问题具有快速收敛的特性;ALGOR由于其简单易用?自适应性强的特点,在工程设计中被工程师广泛使用[6-7]?
２血管损伤的临床研究２．１血管损伤的特点
医院后,急诊室通常较多地