髖關節(jié)骨肌系統(tǒng)三維動態(tài)有限元分析及其生物力學意義.pdf

1、目的：隨著老齡化社會的發(fā)展趨勢，股骨頸骨折越來越成為人們關注的對象。為了預防股骨頸骨折，本課題研究在動態(tài)下，人體髖部的骨骼、肌肉和關節(jié)的生物力學機制。 方法：選定研究對象，CT掃描L2至股骨下端，制作Dicom格式的數(shù)據(jù)。利用MIMICS建模軟件進行處理，建立髖關節(jié)的骨骼三維有限元模型．選擇31個MARK點，通過三維動作捕捉系統(tǒng)對該研究對象進行空間動作捕捉，保存步行、下蹲站立、上下臺階、側(cè)方上下臺階、弓箭步、側(cè)方弓箭步、單腿站立

2、、單腿蹲站等運動學數(shù)據(jù)，同時采集動態(tài)下股直肌與股二頭肌的肌電。運用LifeMOD軟件建立動力學模型，處理并分析動作數(shù)據(jù)，得到關節(jié)力、肌肉力等動力學數(shù)據(jù)。用MATLAB軟件編寫LifeMOD與ANSYS的兩空間可相互轉(zhuǎn)換坐標系的程序。將LifeMOD計算出的不同工況下肌肉力與關節(jié)力模擬成ANSYS空間所認可的向量。在ANSYS平臺上，加載與髖關節(jié)相關的6組肌力和關節(jié)力，分析多種動態(tài)動作中不同時相的即時工況，研究髖關節(jié)股骨頸骨肌系統(tǒng)的生物力

3、學性質(zhì)。 結(jié)果：建立符合實際骨骼材質(zhì)分布的髖關節(jié)有限元模型；利用三維動作捕捉系統(tǒng)獲取8種動作的人體運動軌跡數(shù)據(jù)；在LifeMOD平臺上仿真出人體關節(jié)力、肌肉力與接觸力，并與肌電驗證；編寫了有限元模型與多剛體動力學模型的空間轉(zhuǎn)換程序，建立兩者空間坐標系的接口；將關節(jié)力、肌肉力轉(zhuǎn)換為有限元模型認可的向量，模擬出股骨在動態(tài)力學環(huán)境的生物力學狀況。得出步態(tài)、下蹲—站立、單腿站立三種動作五種工況的股骨頸有限元受力狀況。 結(jié)論：本研