人体髋部组织有限元模型的构建及应用

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Leichenglin8888
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由于人体髋部的重要性和易损伤性使得针对人体髋部的研究越来越重要。在对人体髋部的研究中,比如对人体髋部的手术培训、大腿假肢接受腔的研究等方面,传统方法是在尸体上进行实体操作。但由于尸体数量的有限性以及尸体使用的不可重复性导致了以上所述培训和研究的机会少、成本高、周期长。随着计算机技术的高速发展,使得有限元分析方法应运而生。本文通过建立人体髋部组织有限元模型并利用计算机仿真技术对其进行高度接近真实的模拟分析使上述问题得到有效的解决。人体髋部组织生理解剖结构和生物力学特性具有复杂性和特殊性。本文通过将CT和MRI图像导入Mimics中对人体髋部中各组织依照其生理形态进行三维重建,通过Geomagic进行模型优化,最后在UG中进行装配建立了人体髋部组织几何模型,并根据其生物力学特性建立了人体髋部组织有限元模型。与以往不同的是本文不再将所有软组织看作肌肉建立肌肉有限元模型,而是将软组织根据其生理解剖结构、功能以及各自的生物力学特性更详细的划分为皮肤、脂肪和四个肌肉群,建立了皮肤有限元模型、脂肪有限元模型和四个肌肉群有限元模型,使模型更加真实地呈现人体髋部生理解剖结构并且更加准确地反映其生物力学特性,从而使有限元模型能够更好的显示人体髋部组织在各种工况下的变形和受力等情况,能够更准确的分析人体髋部组织的机理,为人体髋部组织的研究提供有力支持。参照大腿三点弯曲实验以本文所建立的人体髋部组织有限元模型为基础利用DYNA求解器对其进行三点弯曲仿真,将仿真结果中力-位移和力-弯矩曲线与实验结果曲线进行对比分析,从而验证了所建立的人体髋部组织有限元模型的有效性。最后将所建立的人体髋部组织有限元模型进行了应用。一、应用到假肢接受腔中硅胶垫的弹性模量的优选中,分析了不同弹性模量的硅胶垫对残肢末端的应力影响,从而优选出硅胶垫的最佳弹性模量;二、应用到长筒丝袜对人体下肢压力舒适性研究中,分析人体下肢在穿着长筒丝袜上时的应力和变形量的分布状态和量化值。
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