单兵负重行走生物力学仿真评估系统开发

基于Matlab App Designer与AnyBodyTMModeling System设计开发一款App,实现针对不同身高、体重和百分位的人体模型,在人体外部不同位置、不同质量的负载环境下,探究人体肌骨系统生物力学响应。应用虚拟人模型仿真分析法,在负重环境下进行步态分析。应用Matlab编程语言输入人体参数和外部负载环境参数,驱动Anybody软件运行以及输出生物力学分析结果。其结果与前人研究结果相比基本吻合[1]。上述App可视化界面具体直观、交互性强特点,能够为仿真分析提供便利、减少重复性工作,节省工作量,提高工作效率,也为后续应用开发及扩展提供参考。

足弓第2与第5跖列的肌骨系统有限元模型及其临床意义

目的:建立足部内侧纵弓第2跖列与外侧纵弓第5跖列的肌骨系统有限元模型,为研究跖骨应力性骨折与相关足痛症提供生物力学工具。方法:采用中国虚拟人“女性1号”CT图像和MRI图像;应用非线性有限元方法进行生物力学分析。结果:构建了包含皮质骨、松质骨、软骨、韧带、足底腱膜、肌腱、固有肌、脂肪垫、骨髓腔与骨髓窦等10种组织的第2、第5跖列的有限元模型。足弓直立时,最大vonMises应力/应变位于第2、第5跖骨骨干与基底。各种足底软组织中,足底腱膜承担着最大张拉应力,其次为足底长韧带,足底固有肌张拉应力最小。结论:有限元预测的应力应变为研究跖骨应力性骨折,足底腱膜炎引起的慢性跟骨痛,以及足弓塌陷的发生机制提供了生物力学依据。

食指掌指关节的正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题 ,以食指为研究对象建立了包含神经兴奋 -肌肉收缩动力响应和肌肉 -肌腱动力特性在内的食指掌指关节正向动力学模型 ,并针对该关节快速屈曲 6 0°的运动过程 ,采用参数最优化方法进行了模拟计算。模拟结果表明 ,在快速屈曲过程中 ,食指短时平均角速度近似为匀速 ,瞬时角速度呈现阻尼振荡形式。