參數化兒童人體模型建模方法研究

《參數化兒童人體模型建模方法研究》是依託湖南師範大學，由吳俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：參數化兒童人體模型建模方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳俊
• 依託單位：湖南師範大學

項目摘要

研究表明，兒童身體尺寸對兒童乘員損傷有著顯著的影響。然而，目前兒童假人或兒童模型通常是針對某一年齡平均身材的兒童開發，如3、6、10歲兒童假人/模型，導致兒童假人/模型不能全面評價兒童乘員約束系統對各年齡、各體型兒童的保護效果。本項目擬通過三維人體掃描和臨床CT、MRI圖像獲取3至10歲兒童人體外部輪廓和解剖結構幾何數據，運用主成分分析和多元回歸分析方法建立兒童外部輪廓和解剖結構幾何統計學模型；研究人體外部輪廓和解剖結構幾何的精確定位方法；套用格線變形技術對基準兒童模型進行格線變形，得到高質量的兒童人體格線模型；通過文獻研究以及模型與試驗的對標研究擬合參數化兒童模型的材料參數方程，並驗證模型的有效性，最終獲得高精度的身體尺寸可連續變化的參數化兒童人體有限元模型。課題的研究成果可用於指導各年齡段參數化人體有限元模型的建立，並為研究兒童乘員損傷機理及最佳化兒童乘員約束系統安全性能提供有效工具。

結題摘要

單一年齡和體型的兒童假人或兒童模型不能全面評價兒童乘員約束系統對各年齡、體型兒童的保護效果。本項目的研究目標是建立可準確表達各年齡、體型兒童的外部輪廓幾何、解剖結構幾何和生理組織材料特性的參數化兒童人體有限元模型。項目組開發了低成本、高精度的人體坐姿三維幾何掃描系統，招募了89名兒童志願者，進行測量獲得兒童人體坐姿三維幾何數據，通過對坐姿幾何點雲數據孔洞填補、點雲平滑、表面重建等處理獲得高質量的坐姿三維幾何數據，採用統計學分析獲得參數化兒童人體外部輪廓幾何模型；通過與湘雅三醫院合作，採集了3-12歲兒童人體重要身體部位的CT樣本數據（頭部62例，頸部62例，胸部65例，腹部60例），開發了半自動點雲提取算法，快速提取大量樣本的標誌點信息，並採用統計學分析方法建立了兒童人體參數化解剖結構幾何模型；套用格線變形技術對基準兒童模型進行格線變形，得到高質量的兒童人體格線模型；開發了人體外部輪廓和內部解剖結構拼接算法，實現內部骨骼格線模型和外部體表格線模型的匹配，獲得具有較高几何精度的兒童人體參數化格線模型。通過文獻研究，材料反求技術獲得參數化兒童人體材料參數模型，最終獲得可代表各年齡、各體型的參數化兒童人體有限元模型，並套用參數化兒童頸部有限元模型研究了年齡、體型對兒童乘員損傷的影響。研究成果可用於指導各年齡段參數化人體有限元模型的建立，是研究兒童乘員損傷機理及最佳化兒童乘員約束系統性能的有效工具。