發(fā)布時(shí)間：2018-01-13 10:05

  本文關(guān)鍵詞：胞元模型在骨組織建模中的應(yīng)用及評(píng)價(jià)　出處：《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2015年11期 　論文類(lèi)型：期刊論文

  更多相關(guān)文章： 胞元理論 經(jīng)驗(yàn)公式 骨組織建模 生物力學(xué) 模型評(píng)價(jià)

【摘要】：針對(duì)去軟組織骨生物力學(xué)建模問(wèn)題,采用有限元仿真手段通過(guò)股骨CT體數(shù)據(jù)集三維幾何重建、網(wǎng)格劃分、股骨表觀密度計(jì)算、有限元單元橫觀各項(xiàng)同性力學(xué)模型建立、力學(xué)參數(shù)確定等幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)股骨的力學(xué)建模和解算。其中,最關(guān)鍵的工作是力學(xué)參數(shù)確定,尤其是彈性模量和表觀密度關(guān)系式的建立。依據(jù)胞元理論建立了彈性模量和表觀密度的分段函數(shù)關(guān)系,最終獲得股骨力學(xué)模型并通過(guò)仿真計(jì)算得到載荷-軸向應(yīng)變和載荷-橫向應(yīng)變數(shù)據(jù)。同時(shí),也基于彈性模量和表觀密度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式建立力學(xué)模型并進(jìn)行分析計(jì)算提取仿真結(jié)果,通過(guò)實(shí)施生物力學(xué)試驗(yàn)提取試驗(yàn)結(jié)果,將兩種仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比得出:同一塊豬股骨,在相同力學(xué)環(huán)境下,胞元理論力學(xué)模型與試驗(yàn)結(jié)果軸向應(yīng)變誤差為25.92,橫向應(yīng)變誤差為10.04,兩種誤差均小于經(jīng)驗(yàn)公式力學(xué)模型仿真結(jié)果誤差,因此,胞元理論力學(xué)模型在股骨建模中表現(xiàn)出模型更精確、適用范圍更廣泛的優(yōu)勢(shì)。
[Abstract]:Aiming at the modeling of bone biomechanics with soft tissue removal, finite element simulation was used to reconstruct the 3D geometry of femoral CT volume data set, mesh division, and calculate the apparent density of femur. The modeling and calculation of femur mechanics are realized in several steps, such as the establishment of isomechanical models and the determination of mechanical parameters of finite element elements. Among them, the most important work is the determination of mechanical parameters. In particular, the relationship between elastic modulus and apparent density is established, and the piecewise function relationship between elastic modulus and apparent density is established based on cell theory. Finally, the mechanical model of femur is obtained and the load-axial strain and load-lateral strain data are obtained by simulation. Based on the empirical relationship between elastic modulus and apparent density, the mechanical model was established and the simulation results were analyzed and calculated. The results were extracted by biomechanical experiments. By comparing the two simulation results with the experimental results, it is concluded that under the same mechanical environment, the axial strain error between the cellular theoretical mechanical model and the experimental results is 25.92. The lateral strain error is 10.04, both errors are smaller than the error of the simulation results of empirical formula mechanics model, therefore, the cellular theoretical mechanical model is more accurate in femur modeling. The advantages of a wider range of applications.
【作者單位】： 哈爾濱理工大學(xué)機(jī)器人研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(61272387) 教育部新世紀(jì)人才(NCET-13-0756) 黑龍江省杰出青年基金(JC201302)資助項(xiàng)目
【分類(lèi)號(hào)】：R318
【正文快照】： 0前言1股骨是由羥磷灰石和膠原纖維組成的復(fù)合材料,具有特殊的力學(xué)性能。羥磷灰石沿軸向的彈性模量為165 GPa,與常用的金屬材料相當(dāng),膠原纖維不嚴(yán)格遵從胡克定律,其切變模量約為1.24 GPa。股骨的彈性模量介于羥磷灰石和膠原纖維之間,但其材料的力學(xué)性能比二者都要好[1]。由于

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1418412