一、人体髋骨的三维有限元模型快速重建方法（论文文献综述）
陈鲁[1]（2020）在《基于DBN的人体跌倒保护气囊装置的研究》文中进行了进一步梳理老人由于身体机能下降和肢体反应灵敏度降低等原因,跌倒事故时有发生。人体跌倒保护气囊装置可以在人体发生跌倒行为时及时打开气囊,为老人提供安全保障。目前关于人体跌倒检测的研究主要采用的方式有支持向量机（Support Vector Machine,SVM）和阈值法等,随着硬件的处理性能的提升,为深度学习方式用于跌倒检测提供了良好的条件。本文基于深度信念网络（Deep BeliefNetwork,DBN）算法对跌倒以及跌倒方向的判别进行了研究,开发了检测率较高与预警时间较长的跌倒检测分类算法以及相关程序。同时针对目前气囊快速充气机构的缺点,提出了一种气囊快速充气的方案,相比较现有的装置,有效地缩短了充气所需的时间。运用有限元方法模拟气囊对人体的保护效果,为气囊的设计提供了依据。开发了一套跌倒保护气囊装置样机,实验验证了本研究的有效性和可行性。本文首先介绍DBN模型的原理,定义4类跌倒活动和10类日常行为活动,完成对人体活动数据的滤波及解算;通过分析不同人体活动的运动学时域特征,阐述使用运动学特征进行跌倒检测和方向判别的可行性,构成特征向量;确定时间窗口和DBN训练的相关参数,建立基于DBN的跌倒检测模型。介绍利用姿态传感器获取跌倒数据的算法和跌倒检测装置的构成,实现跌倒方向的判别。随后分析目前关于跌倒气囊的充气方式,提出基于电磁铁和扭簧的充气方案,设计和开发充气机构。接着采用有限元方法建立人体股骨模型,设计保护髋关节的气囊,研究气囊对人体的防护效果。最后对开发的样机系统进行实验测试,对日常和4类跌倒的检测率分别为99.85%、95.4%、98.4%、99.6%和94.6%,平均预警时间为286ms,验证了 DBN模型的有效性,测试结果表明在人体碰撞地面前,能够完成对气囊的充气,形成有效的缓冲防护,证明了本文开发的人体跌倒保护气囊装置的可行性。
王晖,张亚洲,时莉芳[2]（2020）在《骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯的三维模型仿真分析》文中认为背景:髋关节置换是治疗股骨头坏死、骨性关节炎、髋关节发育不良以及老年股骨颈骨折等髋关节疾病最有效的方法,因此有必要对髋关节置换的生物力学行为展开研究。目的:采用有限元仿真的方法模拟髋关节置换后骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型的接触应力和米氏应力大小和分布情况,分析其对假体及髋关节的影响。方法:通过3-Matic Research 11.0软件设计了2种不同结构的髋关节假体组件模型:骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型。并将设计好的模型经Hypermesh 14.0软件划分网格并赋予材料属性,最后导入有限元分析软件Abaqus 6.13软件中仿真分析,比较相同状态下2种髋臼杯的应力值和应力分布情况。结果与结论:骨小梁结构髋臼杯的应力呈散点状分布,分布范围广。实体结构髋臼杯容易出现应力集中现象,应力分布集中在受力点附近。骨小梁结构髋臼杯相对于实体结构髋臼杯而言,应力分布范围更大,应力分布更均匀,从而可以减轻髋关节假体之间的磨损,降低髋关节假体发生无菌性松动的风险。
王尧[3]（2019）在《梯度结构金属材料强韧化与失效机理数值研究》文中提出基于自然界启示而诞生的梯度结构金属材料,打破了长久以来存在于金属材料领域的阿基里斯之踵——材料强度与韧性之间此消彼长的矛盾关系。梯度结构如何实现“又强又韧”的综合力学性能以及如何提升这种强韧化性能成为了亟待回答的首要问题。更进一步,经表面强化处理的车轴钢S38C的外部强化层与芯部基材区之间存在着具有空间梯度分布的微结构,且表面处理工艺往往会在材料外表层区域引入残余应力场。微观结构的空间变化使不同深度的材料具有显着的力学性能差异,残余应力场的存在也会显着影响结构实际运用过程中的失效行为。如何分析并量化表层强化材料中残余应力分布与梯度结构对其疲劳裂纹扩展行为的综合影响也成为了值得关注的重点问题。基于上述梯度结构材料的相关问题,本文的主要内容如下:首先,针对梯度结构金属材料强韧化机理的相关问题,本文利用基于三维Voronoi多面体的有限元模型,研究了梯度结构材料优良单轴拉伸性能产生的内部机理并讨论了进一步提升其强韧化性能的策略。通过构筑多层晶粒尺寸梯度模型,在仿真层面实现了梯度结构材料“又强又韧”的单轴拉伸性能,给出了梯度结构材料完整变形过程中的应力与塑性应变分布,阐释了具有晶粒尺寸梯度分布的金属材料中细晶区与粗晶区在实现整体优良力学性能过程中所扮演的不同角色;进一步地,基于不同的粗晶体积占比、晶粒细化程度及梯度率,本文详细探讨了提升梯度结构材料强韧化性能的有效策略,大量数值试验的统计结果表明:适当调整梯度结构晶粒尺寸几何信息能够在一定范围内提升梯度结构材料的强韧化性能。其后,基于完备的试验手段,以经过表层感应处理的动车组车轴钢S38C为对象,获得了车轴径向外表层8 mm厚区域内的微结构、显微硬度及单轴拉伸性能沿径向深度方向的空间分布。试验结果表明:表面处理工艺使车轴钢具备了混合型梯度微结构特征,上述微观组织特征使得车轴材料沿径向方向由表及里逐渐呈现出强度、硬度逐渐降低,塑性性能逐渐提升的空间梯度分布特点。此外,利用小试样测定了距车轴表面深度30 mm内的轴向残余应力分布,相关结果表明车轴外表层梯度结构存在着较大的残余压应力分布,且随着深度的逐渐增加,残余应力依次转变为较小的残余拉应力与残余压应力分布。最后,考虑到车轴日常运用中承受的高频次交变载荷,结合车轴表层梯度材料与芯部材料的三点弯试样,开展了梯度结构材料疲劳失效行为的原位试验研究与数值试验研究。原位疲劳试验结果表明:较芯部基材而言,具有表层梯度结构试样的疲劳裂纹萌生寿命有了显着的提升;伴随着疲劳裂纹的逐步扩展,梯度结构材料相对较差的塑性性能加快了其裂纹扩展速率,此时芯部基材试样展现出更低的疲劳裂纹扩展速率。更进一步地,结合梯度材料分层模型与试验测定的关键力学性能参数,开展了梯度结构材料疲劳裂纹扩展行为的数值试验,相关仿真结果表明:相较于芯部基材而言,梯度结构与残余压应力分布都可以使疲劳裂纹尖端区域产生更均匀的应力场以及更小的局部塑性区;此外,利用小范围屈服条件下的循环J积分理论充分阐释了梯度结构与残余应力分布对梯度结构材料疲劳裂纹扩展行为的影响机理。本文采用了与试验、理论充分结合的数值试验方法,系统地研究了梯度结构金属材料的强韧化机理与失效机理,相关研究成果可以被用于指导梯度结构金属材料的定向化性能设计与工程应用。
郑义[4]（2019）在《下肢外骨骼机器人动态稳定特性研究》文中研究说明外骨骼机器人的研究方向有两个主要分支:康复外骨骼和助力外骨骼。前者主要用于医学领域,在人机协同运动过程中,康复外骨骼为主动运动,人体为被动运动;后者是助行和助力机器人,主要穿戴在正常人体上,通过外骨骼机器人机械机构,把负载转移到地面上,从而实现助力。助力外骨骼机器人在与穿戴者人机协同运动时,人体为主动运动,外骨骼机器人为被动运动。本文主要研究的是下肢助力外骨骼机器人,外骨骼机器人的助力,不仅能够增强人类本体的耐力,提高运动速度,而且能够提高人体抵抗负载的能力。因此,研究外骨骼机器人的动态稳定特性,对实现人机协同、外骨骼机器人的助力效果有着重要的意义。基于以上分析,提出了单自由度驱动下肢外骨骼机器人机械本体设计方案,减少了驱动数量,简化了下肢外骨骼机器人本体结构。在不同的运动姿态下,参考CGA人体运动数据,定义了各关节自由度,给出了各个关节运动角度范围;分别采用D-H运动学分析方法和拉格朗日动力学分析方法,分析了人机系统多姿态动态运动特性,采用MATLAB和ADAMS分析软件,进行了运动仿真,得到了理论和仿真对比结果:在各姿态运动转换时,运动参数发生大的突变,从曲线轨迹上看,波动较明显,整体系统稳定性偏低。在零力矩点平衡理论的基础上,提出了基于ZMP双足投影多边形法稳定性判据,获得了单步运动过程中稳定多边形的变化规律,定性分析了人机系统多姿态稳定特性,基于ZMP双足投影多边形法稳定性判据的基础上,结合最短距离稳定裕度的稳定程度计算方法,提出了不稳定率,由不稳定率定义可知,稳定多边形内部的稳定程度以及出现的失稳形式不尽相同,因此,由稳定多边形的形心出发,分别连接稳定多边形的顶点,把稳定多边形分割成若干个三角形,在若干三角形内,分析了各姿态动态稳定特性,计算了各个姿态中的稳定程度。从重心COG出发,分析了其对人机系统多姿态动态稳定特性的影响。建立了重心COG与零力矩点ZMP空间坐标系和三维空间倒立摆模型,进行了受力分析,得到了重心COG与零力矩点ZMP的空间位置关系表达式;在零力矩点ZMP理论的基础上,建立了 Z向人机系统受力模型,得到了足底压力关于力学模型的关系式,推导出了零力矩点ZMP与足底压力COP之间的关系表达式;基于以上两点,提出了压力中心点-零力矩点-重心点算法,绘制了压力中心点-零力矩点-重心点算法流程图,得到了压力中心点COP与重心COG之间的关系。在多姿态运动环境下,具体分析了重心COG对各个姿态动态稳定特性影响。蹲起姿态中,建立了蹲起姿态倒立摆简化模型,采用动量和角动量概念,分析了重心COG与零力矩点ZMP关系;行走姿态中,建立了人机系统可伸缩倒立摆模型,从初始加速期、双腿支撑期、减速阶段和加速阶段四个阶段分析了矢状面内重心COG-零力矩点ZMP之间的关系,得到了重心COG位移、速度变化轨迹;上楼梯姿态中,建立了 6步上楼梯动作示意图,重点分析了中步阶段上楼梯过程,借助倒立摆模型及理论,建立了一种虚拟变高度倒立摆模型,定义了倒立摆Z向高度变化影响因子α、β,建立了重心COG在Z向5次多项式,并进行求解。搭建了多姿态运动试验平台,开展了多姿态运动稳定特性试验研究。通过足底压力传感器,采集了各个姿态运动过程中的足底压力,结合压力中心点-零力矩点-重心点算法,分析对比试验与理论结果,结果表明:在运动过程中,人机系统能够满足稳定特性要求,稳定程度在局部有逼近稳定边界的趋势,因此,需要进一步进行稳定控制策略的研究,加强人机系统的综合稳定程度。本文通过多姿态运动试验平台以及人体运动数据测量系统,获得了蹲起、行走和上楼梯三种姿态人机运动过程中重心变化轨迹,为验证双足投影多边形法及压力中心点-零力矩点-重心点算法的准确性提供了试验依据。通过试验与理论结果的对比验证了双足投影多边形法及压力中心点-零力矩点-重心点算法的正确性,为双足行走机器人稳定特性研究提供了新的思路和方法。
段宇星[5]（2019）在《基于CT图像的三维建模和生物力学仿真研究》文中进行了进一步梳理目的:因为髋骨在人体环境中处于承担重要的身体性能,且自身的模型结构复杂,因此在髋关节置换手术的诊断中具有一定的局限性。所以本论文是基于CT图像,建立了术前优化的髋关节模型,一种准确,快速的生物骨骼实体模型重建方法。同时研究人体内髋骨的力学性能,建立出术前的优化髋关节模型,以便3D打印和降低手术前的风险。方法:研究对象是一例髋骨肉瘤患者,采取患者术前髋CT图像,通过医学Mimics软件显示人体的光学图像模型,采用“原始CT图像——图像处理——曲面重构——实体化”的设计步骤,判断患者髋骨得而损伤情况以及可修复状态,医生可以从中详细的了解肉瘤的侵蚀大小和范围。首先使用核心医学Mimics软件,从光学图像和噪声点中,找出髋关节CT图像并且获得矢量断层图像,人工分离拟合多层图像,形成3D的图像结构。然后在逆向工程Geomagic Studio软件中,使得模型的完成拟合曲面,同时生成曲面化结构和实体化结构。在Geomagic Studio软件中,通过网格修复命令使骨骼模型表面光滑和曲线流畅,达到模型使用的精度要求,满足后续的有限元分析。期间使用Anybody软件用于模拟人体步态模拟,计算模型中各块骨骼、肌肉和关节的受力、变形和其他对于本论文中的人体有用的数据特性。最后在有限元分析软件Abaqus中完成髋关节的网格划分,模型的材料赋值和有限元模拟分析,于Abaqus进行动力学分析,得出髋部骨骼的受力状态和受力云图,可以直观的了解骨骼的具体受力以及受力大小,降低手术置换中风险。结果:至此论文完成从原始CT到实体的数据转换,完成髋骨和人工骨骼假体模型的有限元分析,得出骨骼模型的适用性分析结果,方便病人手术的准备进行。以上方法给予了骨科医学方面良好的方法指导,使得患者的手术准备时间和功能康复时间大大缩短。
徐应朋[6]（2019）在《基于整体观的髂骨骨折精准复位的数字化解剖学测量研究》文中提出背景中医整体观是关于人、事物和现象的完整性、统一性和联系性的认识,既强调人是一个有机的整体,更强调某一部位的整体性,认为局部是整体的局部,而不是孤立的局部,局部形态结构的病变可以影响整体,并导致整体结构和功能的病变。从整体观认识出发,髂骨可以作为一个整体,呈不规则的扇形,由髂骨体、髂骨翼（内、外板）、髂嵴等构成,各个部分有不同的结构与机能,但它们不是孤立的、彼此互不相关的,而是如人体之五脏相互关联、相互为用的,如髂骨翼骨折常由髂骨体波及而来或延伸至髂嵴,而髂嵴解剖复位往往可以表示髂骨翼复位良好,各部位的结构与机能都是整体的一部分,结构的正常是髂骨发挥生理机能的基础。同时髂骨作为一个局部参与构成髋骨或骨盆,其外侧面附着有发达的臀肌,对髋关节稳定与活动起重要作用;内侧面前部构成大骨盆边界,对腹腔内重要血管、神经及部分脏器起保护作用,后部耳状面与骶骨形成骶髂关节;远端髂骨体与坐骨、耻骨融合形成髋臼。随着社会进步与发展,建筑行业与交通业的稳步上升,高能量所致的骨盆髋臼骨折患者日益增多。目前临床上治疗骨盆髋臼骨折重心在于恢复骨盆环的稳定性、髋关节头臼匹配关系、关节面的平整,使患者获得较好的髋关节功能恢复。髂骨翼骨折可单独发生,也可作为骨盆和髋臼骨折的组成部分。单纯的髂骨翼骨折占骨盆骨折的2.2%,且大多属简单骨折,往往不影响骨盆环的稳定或关节面的平整,故而并未引起临床医师足够重视。但髂骨骨折亦可导致骨盆、髋臼等结构和功能的病变,且临床复位骨盆髋臼骨折需按照由近及远的复位顺序,即近端骨块是远端骨折块复位的模板,这就意味着当髋臼骨折合并有髂骨骨折时,近端（髂骨）骨折复位不良将会放大远端（髋臼）骨折的移位程度,因此在此类骨折的复位过程中,近端（髂骨）必须达到精准复位才能有助于远端（髋臼）骨折的复位,但目前临床上对此类骨折仅评判髋臼骨折的复位情况,忽视了髂骨骨折的复位质量,导致了不少患者髂骨骨折复位欠佳,髋臼骨折复位按Matta标准评价难以达到优良,明显影响髋臼骨折临床疗效。因此,我们有理由相信在治疗髋臼骨折时不仅要重视髋臼骨折局部的复位质量,更应该看重近端髂骨骨折的复位情况,髂骨骨折应按关节内骨折处理,达到精准复位,与髋臼骨折一样同等重视。临床常用Matta标准评价骨盆包括髂骨骨折术后复位质量,但该标准仅强调对位,却忽略对线。这既是忽视了骨盆整体观,又是因为缺乏髂骨解剖学数据,存在明显缺陷。目前现有的解剖参数由于缺乏髂骨整体形态的数据,已不能较好地指导临床治疗髂骨骨折,亟需更加详尽的解剖资料,且髂骨结构特殊,无法采用圆规、量角器等常规工具直接测量以进一步补充解剖数据。为此,我们在总结前人研究经验的基础上,选取于我院行CT扫描的成人完整骨盆原始图像,并借助数字医学软件建立骨盆三维模型对髂骨整体形态及其周围骨质进行解剖学研究,为临床复位髂骨骨折提供理论支持。第一部分髂骨骨折复位程度对髋臼高位双柱骨折术后疗效的影响目的基于整体观理论,髋臼骨折时整个骨盆或半骨盆的位置均将影响术中复位质量,而非仅关注髋臼部分。对累及髂骨的髋臼骨折,临床常采用Matta标准对髋臼复位程度进行评估,但缺乏将髂骨复位情况与其进行比较,关注局部重于整体。本研究将采取回顾性分析双柱骨折中髂骨部分骨折与髋臼部分骨折复位质量,探讨髂骨解剖结构在髋臼骨折复位中的重要性。方法回顾性分析2014年1月至2018年12月期间我科收治的42例合并有髂骨翼（即高位前柱）骨折的髋臼骨折患者资料,男性24例,女性18例;年龄为2365岁,平均46.6岁。按Letournel分型,均为高位双柱骨折,且均为闭合性骨折。受伤至手术时间为321d,平均9.6d。所有患者均采用单一髂腹股沟入路切开复位DAPSQ进行内固定,需要时联合髂骨翼内侧面短钢板固定。术后按Matta放射学标准分别评价髂骨骨折与髋臼骨折复位质量,将所有病例分为髂骨骨折复位优与非优者分两组,比较不同复位质量的髂骨骨折时髋臼骨折复位及其功能的优良率。结果所有患者手术顺利完成,按骨盆骨折Matta评价标准评定髂骨骨折复位质量,将所有患者分为两组:髂骨骨折复位优组30例,髂骨骨折复位非优组12例。两组患者年龄、性别及受伤至手术时间（d）、手术时间（min）、术中出血量（ml）差异无统计学意义（P>0.05）。术后按髋臼骨折Matta放射学标准评价髋臼骨折复位质量,髂骨骨折复位优组,髋臼骨折复位优良率为86.7%;髂骨骨折复位非优组,髋臼骨折复位优良率为41.7%,差异有统计学意义（P<0.05）。末次随访时应用改良Merle d’Aubigné-Postel评分系统评定患侧髋关节功能,髂骨骨折复位优组髋关节功能优良率为90.0%,髂骨骨折复位非优组髋关节功能优良率为50.0%,差异有统计学意义（P<0.05）。结论髂骨作为骨盆与髋臼的组成部分,髂骨骨折复位程度明显影响髋臼骨折的复位质量及其疗效,即髂骨骨折复位差时,髋臼骨折复位与功能优良率也低,这表明髂骨正常解剖结构的恢复是髋臼骨折复位的基础,也是取得髋臼骨折满意疗效的基础,在髋臼骨折的治疗中具有重要意义,也是中医整体观在髋臼骨折治疗中的具体体现。第二部分正常成人髂嵴水平面偏转角度的数字化测量及临床意义研究目的基于整体观理论,髂骨的正常结构是其发挥生理机能的基础。临床常用Matta标准评价髂骨骨折术后复位质量,但该标准仅强调对位,却忽略对线。这既是忽视了骨盆整体观,又是因为缺乏髂骨解剖学数据,存在明显缺陷。本研究通过对正常成人完整骨盆CT三维重建数据进行髂嵴整体形态观察及数字化测量,获得正常成人髂嵴水平面偏转角度,为髂骨骨折临床复位提供解剖学参考依据。方法收集2016年6月2018年6月于本院行CT检查的60例（120侧）正常成人完整骨盆CT断层扫描数据,其中男30例（平均44.0岁）,女30例（平均48.9岁）。应用Mimics 20.0和Geomagic Studio12.0软件对骨盆数据进行三维重建,对髂嵴水平面偏转角度进行测量。结果髂嵴水平面整体呈类“S”型,左右侧偏转角度对比差异无统计学意义（P>0.05）。男、女之间（左右侧混合）前中部髂嵴偏转角度分别为（134.58±8.96）°和（131.77±8.39）°,中后部髂嵴偏转角度分别为（150.77±9.03）°和（148.19±8.64）°,差异均无统计学意义（P>0.05）。同一侧髂骨中后部偏转角度β明显大于前中部偏转角度α,差异有统计学意义（P<0.001）。结论正常成人髂嵴水平面整体呈类“S”型,但中后部偏转角度明显大于前中部偏转角度,相关数据弥补了髂骨解剖参数的不足,将有助于指导髂骨骨折的复位内固定。第三部分正常成人髂骨翼相对方形区倾斜角度及髂嵴弧度的数字化测量研究目的基于整体观,髂骨具有特殊形态,第二部分阐明的髂嵴水平面偏转角度是从上而下观察髂骨的结果,而根据临床习惯,髂骨内、外侧观对进一步明确髂骨的特殊形态十分重要,而髂嵴内外侧面弧度、髂骨翼相对方形区倾斜角度尚无文献报道。本研究将通过数字化解剖学测量,明确髂骨翼内板各部分相对于方形区内侧面的偏转角度及髂嵴弧度,可较全面地了解髂骨的形态与相关参数,正确阐明髂骨整体观,为评估髂骨骨折对线和骨盆髋臼骨折正确复位提供相关解剖学参数。方法收集2016年6月2018年6月于本院行CT检查的60例（120侧）正常成人完整骨盆CT断层扫描数据,其中男30例（平均44.0岁）,女30例（平均48.9岁）。应用Mimics 20.0和Geomagic Studio12.0软件对骨盆数据进行三维重建,选取骨性标志,确定方形区内侧面中轴线,并将髂嵴内唇整体、髂嵴内唇前中部、髂嵴后唇后部分别投影到相适应平面,对髂骨翼不同部分相对方形区倾斜角度及髂嵴弧度进行测量。结果左、右侧之间髂骨翼内板相对方形区倾斜角度、髂嵴弧度比较差异无统计学意义（P>0.05）。男、女之间（左右侧混合）相对方形区髂骨翼内板前部倾斜角度∠I1AF分别为（144.32±5.35）°和（142.47±4.41）°、相对方形区髂骨翼内板中部倾斜角度∠I2AF分别为（130.41±3.57）°和（131.19±4.44）°、前中部髂嵴内唇弧度分别为（1.90±0.15）和（1.92±0.16）、后部髂嵴外唇弧度分别为（1.14±0.25）和（1.20±0.20）,差异无统计学意义（P>0.05）,男女之间相对方形区髂骨翼内板后部倾斜角度∠I3AF分别为（102.84±3.58）°和（106.61±3.00）°、髂嵴内唇整体弧度分别为（2.90±0.16）和（2.72±0.13）,差异有统计学意义（P<0.05）。结论正常成人髂骨翼内侧面不同部分与方形区有不同的倾斜角度,髂骨翼前部倾斜角度>髂骨翼中部倾斜角度>髂骨翼后部倾斜角度;髂嵴内唇与髂嵴外唇皆呈圆弧样弯曲,但有不同的弯曲弧度,相关数据弥补了目前髂骨解剖参数的不足,阐明了髂骨整体形态,有助于指导临床髂骨、髋臼骨折的复位内固定。
王沫楠,李鹏程,刘宇铭[7]（2017）在《人体髋部组织几何建模程序实现》文中研究说明为了设计针对人体组织建模和分析的仿真软件,利用Visual C++语言,以Visual Studio2010为开发工具在Windows平台上设计开发一个人体组织三维建模软件,它既可以单独使用,也可以作为虚拟手术系统的子模块。该软件主要包括医学图像分割和三维重建模块,并能够实现三维模型的可视化显示。通过该软件对人体髋关节肌肉、股骨和髋骨进行分割及三维重建,所生成的三维几何模型能够合理的表达出髋部组织的结构信息。
罗伟[8]（2017）在《髋骨的三维重建技术与生物力学仿真研究》文中提出中老年人由于骨量的缺失特别容易导致髋骨骨折,手术治疗后国人因受传统思想:"伤筋动骨一百天"的影响,拒绝进行康复锻炼。长期卧床休息可能会导致心血管疾病的发生、也可能会引发尿路感染、肺部感染、褥疮等一系列的并发症。科学的康复锻炼非但不会加重病情,反而利于患者的康复。为了使康复锻炼更加科学及改变患者对传统思想不恰当的理解,实验采用计算机数字技术与骨科临床结合研究了术后髋骨应力变化,并在此基础上探索了数字化骨科的应用。由于人体解剖结构复杂、运动条件复杂、组织材料属性多样及边界条件不能完全确定,目前完全复制出病灶个体标本及工作环境还很困难。为了构建更为精准的生物力学仿真模型,实验基于患者骨盆DICOM数据,进行三维重建并打印髋骨实体,并通过AnyBody软件的步态运动反求出髋骨的所受的约束、载荷、边界条件、肌肉力及关节力,联合Abaqus进行求解。结果显示髋骨受力比较平衡,生物力学改变不明显,患者可以进行正常的康复锻炼。为个体患者的功能康复及锻炼提供了理论指导,并为今后髋骨的生物力学仿真提供了经验和研究基础,同时也延伸了 CT三维重建技术在数字化骨科的应用。
刘沫[9]（2017）在《髋臼后壁缺损受力影响仿真研究》文中认为髋关节是人体中最承重的球窝关节,髋关节灵活的结构能使人体完成各种复杂的活动却又保持着稳定性。髋关节的杠杆结构使来自躯体的压力轻松的传递到下半身,并完成多个自由度的运动,而又不会产生过多的震荡。髋关节的病变直接导致身体重心不平衡,甚至瘫痪,严重影响人们的基本生活。临床中,髋关节病变的主要表现形式是骨关节炎、关节骨折及股骨头脱位,其治疗有保守治疗和手术治疗两大形式,需要参考患者的手术指征和所处的医疗条件来决定。随着研究者们对髋关节生理稳定性的不断探索,相继提出了不同的髋臼缺损模型,并做出分析。与此同时,临床医学上也对不同程度下髋臼后壁骨缺损而引发的髋关节病变有基本的判断标准。临床医学认为,髋臼后壁处损失25%～40%骨组织会导致髋关节不稳定[1-3]定但此临床结论缺少充分的理论判据,临床上仅作为参考,并不能完全作为诊断依据。本文根据Letournel髋臼骨折分类标准,以常见骨折线为参照,提出两种全新的有髋臼臼顶和后壁骨缺损的髋臼模型的切割方式,实现了髋关节有限元分析计算及生物力学分析,在髋臼臼顶和后壁骨缺损对髋关节力学机制影响的研究上,获得更加细致深入的仿真研究结果。以髋关节的生理解剖结构为基础,利用髋关节的CT图像作为二维数据源,通过计算机辅助诊断软件Mimics建立健康髋关节三维模型,并在此模型基础上建立10个髋臼裂缝骨缺损的髋关节三维模型和45个不同程度髋臼骨块缺损的髋关节的三维模型。然后利用3-matic软件对每个模型进行面网格和体网格的划分和修洁,生成相应的体网格模型后对其材料赋值。最后利用FEA软件ANSYS Workbench分别对每个髋关节体网格模型进行力学计算分析。本文模拟了双足直立状态时健康髋关节和有髋臼后壁骨缺损的髋关节的受力情况,得出仿真结果后运用MATLAB软件分析结果,最后总结髋臼后壁缺损对髋关节力学机制的影响,分析得出,存在后壁骨缺损的髋臼会不同程度的破坏髋臼正常的力学机制。裂缝骨缺损的髋臼,前壁应力总体减小,臼顶、后壁和剩余后壁应力随着裂缝向髋臼后下方转移逐渐增大。骨块骨缺损的髋臼,其前壁应力总体减小,后壁应力总体增大。在臼顶处缺失骨块容易造成臼顶应力集中的现象。剩余后壁应力复杂多变,值得深思。本研究既验证了临床结论又可更充分的帮助医生诊断患者病情,为临床研究提供参考。
刘冬旭[10]（2016）在《可调式标准型半骨盆假体设计研发及其可靠性研究》文中研究表明骨盆是人体骨骼结构中的重要组成部分,能够传递人体上部与下肢载荷,保护盆腔内部脏器,在人体日常活动中起到重要作用。然而,由于骨肿瘤和外因性事故等因素造成骨盆损伤后,需要切除损伤部位并进行骨盆重建。半骨盆假体置换技术,作为生物医用植入器械的重要组成部分、矫正外科学的新兴技术,已成为治疗骨盆区域肿瘤切除、外因性骨盆破碎等疾病中骨盆环重建的重要支撑技术,能够帮助患者恢复骨盆的基本功能,是确保人类生存与健康的重要生物医用植入技术。当前,半骨盆假体以根据不同病况进行设计开发的定制型半骨盆假体为主,具有单件重复设计、制造工艺复杂、生产时间长以及产品成本高等不利因素。此外,各类半骨盆假体均存在假体周围软组织病变感染等临床问题,及假体松动、疲劳断裂等工程问题。因此,对半骨盆假体产品进行标准化开发,并建立一套假体可靠性评价方法具有一定研究价值和实际意义。本论文针对骨盆重建术中的半骨盆假体标准化开发和可靠性评价等问题,主要进行了如下研究:1.针对个性化半骨盆假体的工程设计开发问题,研究骨盆解剖结构,分析骨盆生理功能,利用数字医学技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术,开发一种可调式标准型半骨盆假体的工程设计方法;2.针对标准型半骨盆假体的生物力学性能问题,利用骨盆人体尸体标本体外实验的方法,对比分析健康骨盆及重建骨盆的力学响应,研究标准型半骨盆假体对骨盆生物力学的影响;3.针对健康骨盆与重建骨盆有限元模型可靠性问题,利用体外实验验证的方法和线性回归分析的统计学手段,对健康骨盆及重建骨盆的有限元模型进行验证;4.针对动态载荷作用下半骨盆假体的生物力学性能问题,借助有限元仿真软件,对比分析健康骨盆及重建骨盆有限元模型在标准步态、上、下楼梯等过程中的生物力学特点,并研究半骨盆假体在多载荷作用下的力学稳定性。
二、人体髋骨的三维有限元模型快速重建方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、人体髋骨的三维有限元模型快速重建方法（论文提纲范文）
（1）基于DBN的人体跌倒保护气囊装置的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 内外研究现状 |
| 1.2.1 跌倒检测研究现状 |
| 1.2.2 DBN的应用研究现状 |
| 1.3 本文研究目的与研究内容 |
| 第二章 基于DBN的跌倒检测判别算法 |
| 2.1 DBN的基本理论和模型建立 |
| 2.1.1 受限玻尔兹曼机 |
| 2.1.2 DBN的构成 |
| 2.1.3 DBN的训练 |
| 2.2 跌倒行为特征 |
| 2.2.1 行为定义 |
| 2.2.2 人体姿态角的求解 |
| 2.2.3 跌倒行为特征的提取 |
| 2.3 数据处理 |
| 2.3.1 数据预处理 |
| 2.3.2 时间窗口选取 |
| 2.4 基于DBN的跌倒检测模型 |
| 2.4.1 特征向量 |
| 2.4.2 DBN跌倒检测模型训练和验证 |
| 2.5 跌倒检测系统的组成 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 气囊快速充气机构结构设计 |
| 3.1 快速充气机构研究介绍 |
| 3.2 基于电磁铁和气嘴的装置设计 |
| 3.3 快速充气机构配件选型 |
| 3.4 主要零部件的设计选型 |
| 3.4.1 扭簧选型 |
| 3.4.2 旋钮设计 |
| 3.4.3 摇臂设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 气囊的设计与有限元仿真分析 |
| 4.1 模型建立 |
| 4.1.1 气囊模型建立 |
| 4.1.2 人体腿部模型建立 |
| 4.2 动力学有限元显示算法 |
| 4.3 载荷和约束 |
| 4.4 网格无关化验证 |
| 4.5 冲击载荷响应 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 跌倒及保护气囊装置实验 |
| 5.1 跌倒检测实验 |
| 5.1.1 跌倒实验设计 |
| 5.1.2 实验结果与讨论 |
| 5.2 气囊快速充气机构动作实验 |
| 5.3 跌倒检测系统实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（2）骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯的三维模型仿真分析（论文提纲范文）
| 文章快速阅读: |
| 文题释义: |
| 0引言Introduction |
| 1 材料和方法Materials and methods |
| 1.1 设计 |
| 1.2 时间及地点 |
| 1.3 材料 |
| 1.4 方法 |
| 1.4.1髋臼杯有限元模型建立 |
| 1.5 主要观察指标 |
| 2 结果Results |
| 3 讨论Discussion |
（3）梯度结构金属材料强韧化与失效机理数值研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 自然界中的梯度材料 |
| 1.1.2 梯度结构材料及其相关定义 |
| 1.2 梯度结构金属材料的国内外研究现状 |
| 1.2.1 梯度结构金属材料研究的早期探索 |
| 1.2.2 梯度结构金属材料的制备 |
| 1.2.3 梯度结构金属材料的性能 |
| 1.2.4 梯度结构金属材料的微观机理研究 |
| 1.3 本文技术路线及研究内容 |
| 第二章 梯度结构金属材料仿真与试验方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 梯度结构材料的有限元数值试验方法 |
| 2.2.1 基于Python语言的多晶体模型构筑方法 |
| 2.2.2 Gurson-Tvergaard-Needleman模型 |
| 2.2.3 显式动力学计算方法 |
| 2.3 梯度结构材料试验方法 |
| 2.3.1 车轴钢材料元素组分 |
| 2.3.2 微结构特征测试方法 |
| 2.3.3 微硬度分布测试方法 |
| 2.3.4 单轴拉伸性能测试方法 |
| 2.3.5 残余应力测试方法 |
| 2.3.6 原位疲劳试验方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 梯度结构金属材料强韧化机理数值研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 梯度结构材料强韧化机理数值研究 |
| 3.2.1 几何模型 |
| 3.2.2 本构模型 |
| 3.2.3 数值试验结果讨论 |
| 3.3 梯度结构金属材料强韧化策略数值研究 |
| 3.3.1 粗晶体积分数 |
| 3.3.2 细晶尺寸 |
| 3.3.3 梯度率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 梯度结构车轴钢微结构与力学性能测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 梯度结构车轴钢试验结果 |
| 4.2.1 微结构特征 |
| 4.2.2 微硬度分布及分析 |
| 4.2.3 单轴拉伸试验结果及分析 |
| 4.2.4 残余应力分布及分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 梯度结构车轴钢疲劳裂纹扩展行为数值研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 梯度结构车轴钢原位疲劳试验 |
| 5.2.1 梯度结构车轴钢疲劳裂纹萌生行为 |
| 5.2.2 梯度结构车轴钢疲劳裂纹扩展行为 |
| 5.3 梯度结构车轴钢疲劳裂纹扩展行为数值试验 |
| 5.3.1 硬化行为 |
| 5.3.2 软化及失效行为 |
| 5.3.3 本构模型验证 |
| 5.3.4 数值试验有限元模型 |
| 5.3.5 数值试验结果 |
| 5.3.6 基于循环J积分理论的梯度结构疲劳裂纹扩展行为分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 论文主要结论 |
| 6.2 论文主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 附录A |
| 附录B |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）下肢外骨骼机器人动态稳定特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 下肢外骨骼机器人概述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 存在问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 下肢外骨骼机器人总体方案研究 |
| 2.1 下肢外骨骼机器人仿生学结构分析 |
| 2.2 下肢外骨骼机器人运动分析 |
| 2.3 下肢外骨骼机器人系统设计 |
| 2.4 正常人多姿态运动数据提取 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 下肢外骨骼机器人运动学及动力学分析 |
| 3.1 下肢外骨骼机器人系统坐标系定义以及参数说明 |
| 3.2 下肢外骨骼机器人多姿态运动学建模及仿真 |
| 3.3 下肢外骨骼机器人多姿态动力学建模及仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 下肢外骨骼机器人动态稳定特性理论研究 |
| 4.1 基于ZMP外骨骼机器人动态运动特性失稳机理分析 |
| 4.2 基于ZMP双足投影多边形法稳定性判定依据 |
| 4.3 基于双足投影多边形法多姿态动态稳定特性分析 |
| 4.4 矢状面动态稳定特性主要影响因素分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 压力中心点-零力矩点-重心点算法及稳定特性COG影响研究 |
| 5.1 压力中心点-零力矩点-重心点算法研究 |
| 5.2 基于COG蹲起姿态稳定特性影响分析 |
| 5.3 基于COG行走姿态稳定特性影响分析 |
| 5.4 基于COG上楼梯姿态稳定特性影响分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 外骨骼机器人动态稳定特性试验研究 |
| 6.1 下肢外骨骼机器人试验平台搭建 |
| 6.2 蹲起姿态动态稳定特性试验研究 |
| 6.3 行走姿态动态稳定特性试验研究 |
| 6.4 上楼梯姿态动态稳定特性试验研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
（5）基于CT图像的三维建模和生物力学仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本课题的目的和意义 |
| 1.4 课题研究软件介 |
| 1.5 论文框架 |
| 2 医学图像的三维重建 |
| 2.1 CT的三维重建方法 |
| 2.2 CT来源研究对象 |
| 2.3 CT图像数据处理 |
| 3 有限元的前处理 |
| 3.1 髋骨模型导入格式 |
| 3.2 曲面重构及网格处理 |
| 3.3 模型的曲面拟合过程 |
| 3.4 骶骨模型导入及修复 |
| 4 逆动动力学分析 |
| 4.1 Anybody软件 |
| 4.2 建立人体模型 |
| 4.3 建立步态分析 |
| 4.4 步态结果分析 |
| 5 有限元分析 |
| 5.1 导入ABAQUS的模型 |
| 5.2 模型网格划分 |
| 5.3 模型仿真分析 |
| 5.4 髋骨重建的有限元分析 |
| 5.5 人工骨骼模型 |
| 5.6 人工骨骼模型的分析 |
| 5.7 模型网格划分 |
| 5.8 模型仿真分析 |
| 6 研究结果与讨论 |
| 6.1 结果 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间的主要研究成果 |
| 致谢 |
（6）基于整体观的髂骨骨折精准复位的数字化解剖学测量研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词表 |
| 第一部分 髂骨骨折复位程度对髋臼高位双柱骨折术后疗效的影响 |
| 1 资料与方法 |
| 1.1 纳入标准与排除标准 |
| 1.2 一般资料 |
| 1.3 术前准备及手术方法 |
| 1.4 术后处理及康复计划 |
| 1.5 术后随访及疗效评价标准 |
| 1.6 统计学处理 |
| 2 结果 |
| 2.1 两组患者基线资料比较 |
| 2.2 两组患者术后髋臼骨折复位质量比较 |
| 2.3 两组患者末次随访患侧髋关节功能比较 |
| 3 讨论 |
| 3.1 中医整体观对“髂骨-骨盆-髋臼”关系的认识 |
| 3.2 髂骨解剖特点及其在髋臼骨折中的重要性 |
| 3.3 DAPSQ内固定治疗合并有髂骨骨折的髋臼骨折的疗效 |
| 4 结论 |
| 参考文献 |
| 第二部分 正常成人髂嵴水平面偏转角度的数字化测量及临床意义研究 |
| 1 资料与方法 |
| 1.1 纳入标准与排除标准 |
| 1.2 一般资料 |
| 1.3 主要应用软件 |
| 1.4 研究方法 |
| 1.5 统计学处理 |
| 2 结果 |
| 3 讨论 |
| 3.1 目前髂骨骨折复位与内固定中存在的问题 |
| 3.2 基于整体观对髂嵴水平面偏转角度观测及其临床意义 |
| 3.3 髂嵴的性别差异及个体差异 |
| 3.4 不足与展望 |
| 4 结论 |
| 参考文献 |
| 第三部分 髂骨翼相对方形区倾斜角度及髂嵴弧度的数字化测量研究 |
| 1 材料与方法 |
| 1.1 纳入标准与排除标准 |
| 1.2 一般资料 |
| 1.3 主要应用软件 |
| 1.4 研究方法 |
| 1.5 统计学处理 |
| 2 结果 |
| 2.1 髂骨翼内板相对方形区倾斜角度测量结果 |
| 2.2 髂嵴弧度测量结果 |
| 3 讨论 |
| 3.1 中医整体观对髂骨结构认识 |
| 3.2 对髂骨矢状面解剖数据的观测及临床意义 |
| 3.3 髂骨解剖的性别差异及个体差异 |
| 3.4 不足与展望 |
| 4 结论 |
| 参考文献 |
| 小结 |
| 附录 (一)综述 |
| 参考文献 |
| 附录 (二)攻读学位期间发表论文与参与课题情况 |
| 附录 (三)致谢 |
（7）人体髋部组织几何建模程序实现（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 人体组织几何建模算法 |
| 1.1 区域生长模块 |
| 1.2 交互式分割模块 |
| 1.3 三维重建模块 |
| 2 人体髋部组织几何建模实现 |
| 2.1 几何建模系统界面设计 |
| 2.2 人体组织三维重建程序设计 |
| 3 髋部骨和肌肉几何建模结果 |
| 4 结论 |
（8）髋骨的三维重建技术与生物力学仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 骨骼三维重建方法 |
| 1.1.2 髋骨生物力学仿真分析 |
| 1.1.3 基于CT三维重建模型的应用 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 研究路线 |
| 1.4 课题软件介绍 |
| 1.4.1 Mimics图像处理软件 |
| 1.4.2 Geomagic逆向工程图像处理软件 |
| 1.4.3 CAE前后处理软件 |
| 1.4.4 多体动力学建模软件 |
| 1.4.5 Abaqus有限元软件 |
| 2 基于CT的髋骨三维重建 |
| 2.1 CT成像原理 |
| 2.2 CT扫描与数据传输 |
| 2.3 体渲染重建与三维重建 |
| 2.4 Mimcis骨骼三维重建 |
| 2.4.1 图像分割及阈值选取 |
| 2.4.2 分离右髋骨 |
| 2.4.3 螺钉三维重建 |
| 2.5 Geomagic模型的后处理 |
| 3 髋骨体网格模型划分及材料模型构建 |
| 3.1 Geomagic实体化及位置匹配 |
| 3.1.1 位置匹配 |
| 3.1.2 构建NURBS曲面片 |
| 3.2 网格划分 |
| 3.2.1 四面体网格选取 |
| 3.2.2 网格划分 |
| 3.3 材料及赋予属性 |
| 3.3.1 骨组织 |
| 3.3.2 骨材料力学特性 |
| 3.3.3 骨骼的材料设置 |
| 4 人体多体动力学建模 |
| 4.1 AnyBody仿真流程 |
| 4.2 步态分析 |
| 4.3 骨骼模型建立 |
| 4.4 关节模型的建立 |
| 4.5 肌肉群的选择 |
| 4.6 模型的运动驱动 |
| 5 逆向动力学分析及FEA求解 |
| 5.1 逆向动力学分析 |
| 5.2 计算结果输出 |
| 5.2.1 关节力输出 |
| 5.2.2 主要肌肉的变化 |
| 5.3 FEA有限元求解 |
| 5.3.1 加载约束及边界条件 |
| 5.3.2 术后髋骨的应力与位移 |
| 5.3.3 仿真结果对比 |
| 5.4 影响髋骨分析结果的因素 |
| 5.4.1 CT图像 |
| 5.4.2 三维模型重建 |
| 5.4.3 骨骼的简化处理 |
| 5.4.4 网格划分 |
| 5.4.5 肌肉力关节力 |
| 6 数字化骨科中三维重建的应用 |
| 6.1 三维打印过程 |
| 6.2 骨骼外固定导板的制作 |
| 6.3 生物型髋臼杯设计 |
| 6.4 讨论 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录1 AnyBody建模主程序 |
| 附录2 AnyBody结果输出程序 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
| 致谢 |
（9）髋臼后壁缺损受力影响仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及意义 |
| 1.2 研究背景 |
| 1.2.1 临床研究背景 |
| 1.2.2 技术背景 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 1.4 本文章节结构 |
| 第2章 髋关节解剖学与生物力学研究 |
| 2.1 髋关节的解剖结构 |
| 2.2 髋臼骨折与骨缺损分型 |
| 2.2.1 髋臼骨折 |
| 2.2.2 髋臼骨缺损分型 |
| 2.3 髋关节的生物力学特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 髋关节三维模型的建立 |
| 3.1 髋关节三维建模的方法 |
| 3.1.1 医学影像技术的发展 |
| 3.1.2 CT成像技术在髋关节生物力学研究中的优势 |
| 3.1.3 Mimics软件介绍 |
| 3.1.4 3-matic软件介绍 |
| 3.2 基于Mimics的髋关节三维建模 |
| 3.2.1 研究对象和数据采集 |
| 3.2.2 健康髋关节建模过程 |
| 3.2.3 髋臼后壁骨缺损的髋关节建模过程 |
| 3.3 髋关节三维模型网格划分与优化 |
| 3.4 髋关节网格模型的材料赋值 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 髋关节有限元计算及生物力学分析 |
| 4.1 有限元软件的选择 |
| 4.1.1 ANSYS软件介绍 |
| 4.1.2 ANSYS Workbench软件介绍 |
| 4.2 髋关节有限元分析流程 |
| 4.2.1 项目创建与模型导入 |
| 4.2.2 设定边界条件与定义单元组 |
| 4.2.3 处理材料数据 |
| 4.2.4 有限元分析设置 |
| 4.3 髋关节有限元模型的生物力学分析结果 |
| 4.3.1 健康髋关节的生物力学分析结果 |
| 4.3.2 髋臼骨缺损的髋关节生物力学分析结果 |
| 4.4 结果分析及讨论 |
| 4.4.1 健康髋关节的力学特性分析 |
| 4.4.2 髋臼骨缺损的髋关节的力学特性分析 |
| 4.4.3 讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）可调式标准型半骨盆假体设计研发及其可靠性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究的目的和意义 |
| 1.3 骨盆简介 |
| 1.3.1 骨盆的功能和结构 |
| 1.3.2 骨盆周围软组织 |
| 1.4 半骨盆假体设计研究概况 |
| 1.4.1 鞍状假体 |
| 1.4.2 基座型假体 |
| 1.4.3 组配式假体 |
| 1.4.4 解剖型假体 |
| 1.5 骨盆及半骨盆假体生物力学研究概况 |
| 1.5.1 国外研究概况 |
| 1.5.2 国内研究概况 |
| 1.6 论文的主要研究内容 |
| 第二章 可调式标准型半骨盆假体开发与设计流程 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 骨盆三维模型建立 |
| 2.2.1 骨盆图像数据编辑及三维模型建立软件介绍 |
| 2.2.2 原始骨盆CT数据导入 |
| 2.2.3 阈值分割 |
| 2.2.4 区域增长 |
| 2.2.5 骨盆三维模型建立 |
| 2.3 骨盆尺寸数据测量 |
| 2.4 假体部件设计 |
| 2.4.1 人工髂翼假体设计 |
| 2.4.2 人工髋臼杯假体设计 |
| 2.4.3 人工耻骨假体设计 |
| 2.4.4 耻骨上支连接棒假体设计 |
| 2.4.5 椎弓根钉棒系统设计 |
| 2.5 假体加工制造 |
| 2.5.1 假体制造技术介绍 |
| 2.5.2 假体快速成型制造 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 半骨盆假体生物力学性能体外测试及椎弓根钉棒系统选型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验装置 |
| 3.2.1 力学试验机 |
| 3.2.2 ARAMIS三维数字散斑光学测量系统 |
| 3.2.3 载荷在线监测系统 |
| 3.3 实验工具、材料准备及实验样品制备 |
| 3.3.1 可调式半骨盆假体准备 |
| 3.3.2 人体骨盆标本制备 |
| 3.3.3 自凝牙托粉、自凝牙托水准备 |
| 3.3.4 其他实验工具及实验材料 |
| 3.4 体外实验标本模型建立 |
| 3.5 实验方法 |
| 3.5.1 骨盆装夹及自凝牙托粉负重平面浇注 |
| 3.5.2 加载与载荷检测 |
| 3.5.3 形变数据采集 |
| 3.6 结果与讨论 |
| 3.6.1 骨盆标本骨盆环及椎弓根棒上关键节点的选取 |
| 3.6.2 关键节点形变的测量结果 |
| 3.6.3 讨论 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 双足站立姿态下假体生物力学有限元仿真及有限元模型验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 有限元方法简介 |
| 4.2.1 有限元方法理论基础 |
| 4.2.2 有限元分析流程 |
| 4.2.3 应力分析理论基础 |
| 4.3 三维模型建立 |
| 4.4 有限元模型建立 |
| 4.4.1 盆骨模型网格划分 |
| 4.4.2 软骨及假体模型网格划分 |
| 4.5 边界条件与加载条件 |
| 4.5.1 边界条件 |
| 4.5.2 加载条件 |
| 4.6 有限元模型验证 |
| 4.6.1 验证方法 |
| 4.6.2 线性回归分析理论基础 |
| 4.6.3 独立样本t检验理论基础 |
| 4.7 结果与讨论 |
| 4.7.1 有限元模型验证 |
| 4.7.2 假体稳定性分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 标准步态下可调式标准型半骨盆假体生物力学有限元仿真 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 ABAQUS/Explicit显式非线性动态分析法 |
| 5.3 三维模型建立 |
| 5.3.1 股骨柄假体组件三维模型的建立 |
| 5.3.2 重建骨盆三维模型建立 |
| 5.4 有限元模型建立 |
| 5.5 有限元模型验证 |
| 5.5.1 验证方法 |
| 5.5.2 验证用有限元模型的建立 |
| 5.6 边界条件与加载条件 |
| 5.6.1 边界条件 |
| 5.6.2 加载条件 |
| 5.7 结果与讨论 |
| 5.7.1 有限元模型验证 |
| 5.7.2 Von Mises应力 |
| 5.7.3 假体部件 |
| 5.7.4 最大主应力 |
| 5.7.5 形变量 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 上、下楼梯姿态下可调式标准型半骨盆假体生物力学有限元仿真 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 有限元模型建立 |
| 6.3 边界条件与加载条件 |
| 6.3.1 边界条件 |
| 6.3.2 加载条件 |
| 6.4 数据采集方法 |
| 6.5 结果与讨论 |
| 6.5.1 骨盆全域von Mises应力及形变分析 |
| 6.5.2 骨盆环von Mises应力及形变分析 |
| 6.5.3 假体部件von Mises应力分析 |
| 6.5.4 最大主应力向量分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文和专利 |
| 作者在攻读硕士学位期间所参与的项目 |
| 致谢 |
四、人体髋骨的三维有限元模型快速重建方法（论文参考文献）
- [1]基于DBN的人体跌倒保护气囊装置的研究[D]. 陈鲁. 苏州大学, 2020(02)
- [2]骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯的三维模型仿真分析[J]. 王晖,张亚洲,时莉芳. 中国组织工程研究, 2020(03)
- [3]梯度结构金属材料强韧化与失效机理数值研究[D]. 王尧. 北京交通大学, 2019(01)
- [4]下肢外骨骼机器人动态稳定特性研究[D]. 郑义. 山东科技大学, 2019(02)
- [5]基于CT图像的三维建模和生物力学仿真研究[D]. 段宇星. 内蒙古科技大学, 2019(03)
- [6]基于整体观的髂骨骨折精准复位的数字化解剖学测量研究[D]. 徐应朋. 湖北中医药大学, 2019(08)
- [7]人体髋部组织几何建模程序实现[J]. 王沫楠,李鹏程,刘宇铭. 哈尔滨理工大学学报, 2017(02)
- [8]髋骨的三维重建技术与生物力学仿真研究[D]. 罗伟. 中北大学, 2017(10)
- [9]髋臼后壁缺损受力影响仿真研究[D]. 刘沫. 东北大学, 2017(02)
- [10]可调式标准型半骨盆假体设计研发及其可靠性研究[D]. 刘冬旭. 上海大学, 2016(02)