基于ANSYS研究人體膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型.pdf

1、由于膝關(guān)節(jié)在幾何形狀上的不規(guī)則性和組成物質(zhì)的非均勻性,以及用人體做力學(xué)試驗(yàn)的不可行性,近年來醫(yī)學(xué)成像方式、計(jì)算機(jī)圖像處理、三維建模、有限元數(shù)值模擬方法就深化成為人們對(duì)人體認(rèn)識(shí)的一種有效手段,在膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究中日益受到重視。本文的主要任務(wù)是從高精度的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)出發(fā),建立膝關(guān)節(jié)幾何結(jié)構(gòu)模型,并進(jìn)而導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)分析研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴在三維幾何建模方面,探討了基于1mm層厚的CT醫(yī)學(xué)圖像,進(jìn)行膝關(guān)節(jié)

2、三維幾何建模的整套流程,包括醫(yī)學(xué)成像方式、計(jì)算機(jī)圖像處理和三維建模方法,利用醫(yī)學(xué)重建軟件Mimics分別建立了全膝關(guān)節(jié)和脛骨骨折的三維幾何模型。建立模型的外形與實(shí)際的在體情況相符合,很好的表達(dá)了膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
　　 ⑵在有限元分析方面,選用ANSYS軟件,對(duì)脛骨關(guān)節(jié)模型在模擬體重為70Kg的成人,處站立位時(shí)施加邊界約束和載荷,并進(jìn)行了一系列數(shù)值仿真計(jì)算。由于人體骨骼是一種非均勻的、各向異性的復(fù)合材料,所以在這一部分,文中

3、還著重討論了如何根據(jù)圖像灰度值的不同分別對(duì)模型的密質(zhì)骨、松質(zhì)骨和骨髓三部分賦予不同的材料屬性,使得計(jì)算模型更加接近真實(shí)情況。
　　 ⑶從仿真計(jì)算的結(jié)果中得出在脛骨外側(cè)平臺(tái)出現(xiàn)最大位移達(dá)到0.964mm的塌陷,且最大等效應(yīng)力和xy方向剪切應(yīng)力均分布于外側(cè)平臺(tái),與相關(guān)的骨科臨床醫(yī)學(xué)資料和前人研究成果相比較,該結(jié)果吻合實(shí)際的脛骨關(guān)節(jié)受力情況,故文中所建立的脛骨關(guān)節(jié)模型是科學(xué)有效的。
　　 ⑷結(jié)合CT斷層掃描技術(shù)、圖像處理,三維