数字医学技术在战伤救治训练中的应用研究

介绍了数字医学的发展现状,总结和归纳了数字医学技术在战伤救治训练中的应用现状和发展趋势,并就军队在战伤救治训练装备方面的发展提出了几点建议。

基于位移插值的Voronoi单元有限元方法

Voronoi单元有限元法是模拟颗粒增强复合材料非常先进有效的数值方法之一。为了克服它在构造插值函数时的困难,本文通过有限覆盖技术,对Voronoi单元进行了改进,提出了基于位移插值的Voronoi单元有限元方法,该方法的优点是只要知道夹杂中心点位置和Voronoi单元节点坐标,经过三次数学覆盖,即可形成Voronoi单元的位移插值函数。该方法形函数构造简单,容易实施。最后给出了数值模拟算例,并与现有的方法进行了比较。

弹性力学中的一种非协调数值流形方法

通过引入数学和物理双重网格,将插值域与积分域分别定义在不同的覆盖上,即在数学网格上进行插值函数的构造,物理网格上完成系统能量泛函积分运算,最后通过覆盖权函数将二者联结在一起．它的优点是单元网格划分随意,不受复杂边界形状和二相材料界面的限制,单元可以是任意形状,是较之于有限元方法更一般的数值模拟方法．在4节点四边形数值流形方法中,由于单元总体位移函数包含的完全多项式不完全,使得计算精度不够精确,为此,在单元总体位移函数上附加非协调位移基本项,使之趋于完全,提出了弹性力学问题的一种改进的数值流形方法——非协调数值流形方法．通过内部自由度静力凝聚处理,导出了消除内参后的单元应变矩阵和单元刚度矩阵,使得在不增加广义节点自由度的前提下,大大提高了数值流形方法的计算精度和计算效率．同时对非协调项进行了显式处理,可以对工程实践起到更切实的帮助．数值试验表明,它们能够保证收敛,有较高的精度,对畸变不敏感,从而证明了该方法的可行性．

低温等离子体灭菌机理的研究现状与进展

相对于传统的灭菌方法来讲,利用电离气体(等离子体)灭菌有许多优点,尤其体现在对怕热材料所进行的低温等离子体灭菌中。简要介绍了有关等离子体的概念及特性,探讨了最新的关于低温等离子体灭菌机理的研究状况。描述了等离子体灭菌技术最新的应用情况,并对未来的发展提出了展望。

Wilson非协调数值流形方法

三维数值流形方法中,当数学覆盖取六面体体单元时流形单元总体位移函数中所包含的多项式并不是完全的,非完全的高次项非但对改善精度不起作用,而且还可能起相反的作用。为此,基于Wilson非协调元理论,推导了附加非协调位移基本项的流形元通用公式,通过内参静力凝聚处理,导出了消除单元内参后的单元应变矩阵、单元刚度矩阵,建立了非协调数值流形方法。数值试验表明,在规则数学网格覆盖下它们能够保证收敛,有较高的精度,从而证明所建方法的可行性。

建立基于广义Hamilton及Lie群理论的人体骨肌系统动力学方程

目的建立一种基于广义Arial及Arial群理论的人体骨肌系统动力学建模方法。方法首先,定义了人体骨肌系统的广义坐标,建立了人体骨肌系统Arial群位形流形;其次,在广义Arial动力学体系下建立了人体骨肌系统的动力学模型;最后,研究了该动力学模型的计算方法。结果给出了基于广义Arial及其群理论的人体骨肌系统动力学方程,并以一个举重动作为例进行了骨肌系统动力学算法分析。结论所提出的人体骨肌系统动力学方程能够有效真实地对人体骨肌系统进行动力学描述,为人体骨肌系统动力学分析提供了一种新方法。

热传导问题的非协调数值流形方法

数值流形方法通过引入数学与物理双重网格,将插值域与积分域分别定义在两个不同的覆盖上,其优点是网格划分随意,不受复杂边界形状和材料界面的限制,是较之于有限元方法更一般化的数值模拟方法。在计算精度方面,数值流形方法远远高于有限元法,但它的精度还是不够理想。为此本文在单元总体位移场上附加非协调位移基本项,使单元位移函数趋于完全,构造了非协调流形单元来改善流形单元的计算精度和计算效率,并将其应用于热传导问题,推导了势问题的非协调数值流形方法。

基于超级计算人体骨骼肌系统弯腰搬物整体有限元的建模与仿真

背景:目前有限元模型的建立大多通过CT成像技术建立三维三角面片模型,然后通过商业软件转换成四面体有限元网格,但建立的有限元模型无实体模型,不能进行切割或植入假体。目的:建立人体骨骼肌系统整体有限元模型,并对人体骨骼肌系统弯腰搬物运动进行基于超级并行计算的整体有限元仿真分析。方法:针对中国数字人工程所获得的冷冻切片数据进行人体骨骼肌系统的整体三维重建;建立人体骨骼肌系统各肢体部分有限元模型,利用系统集成的方法建立人体骨骼肌系统的整体有限元模型;对人体骨骼肌系统弯腰搬物运动行运动捕捉测量实验,进行人体骨骼肌系统弯腰搬物的整体有限元仿真分析。结果与结论:建立了人体骨骼肌系统的整体有限元模型,人体弯腰搬物过程中总体有限元仿真分析显示,腰椎部分是提供人体弯腰搬物运动的主要动力部分,而胸椎则在整个弯腰搬物运动中起的作用不大,结果分析同解剖学和生理学上的解释一致。说明建立的人体骨骼肌系统整体有限元系统集成建模方法和模型,能够有效真实地对人体骨骼肌系统整体运动过程中的微观力学行为进行仿真分析,为从整体角度研究人体骨骼肌系统的深层次力学现象提供了一种新方法。

低温等离子体灭菌机理的研究现状与进展

相对于传统的灭菌方法来讲,利用电离气体(等离子体)灭菌有许多优点,尤其体现在对怕热材料所进行的低温等离子体灭菌中。简要介绍了有关等离子体的概念及特性,探讨了最新的关于低温等离子体灭菌机理的研究状况。描述了等离子体灭菌技术最新的应用情况,并对未来的发展提出了展望。

基于多模医学影像数据驱动的骨骼肌力计算方法

目的:探索研究一种非侵入式的骨骼肌力在体计算方法。方法:通过采用个性化的CT及MRI影像数据,结合人体骨骼肌肉系统的运动学、动力学模型,更加准确地估算患者在体骨骼肌力,为临床疾病诊疗及手术康复计划的制定提供数据支持。结果:基于多模医学影像数据驱动的骨骼肌力计算方法,能够较好地估算人体骨骼肌在体肌力,实现骨骼肌力的非侵入无创计算。结论:基于计算机图像处理方法进行医学影像数据的分析计算在临床上已经得到了广泛的应用。尤其是针对病人的个性化建模及骨骼肌肉系统相关疾病的诊疗具有广阔的前景。提出的基于病人多模影像数据驱动的骨骼肌力计算方法,能够很好地解决这一问题,具有广阔的应用前景。

虚拟人体的研究现状与进展

综述了目前国际上有关虚拟人体在多个层面上的研究现状。首先以心脏虚拟模型为例,介绍了从细胞到器官功能系统的虚拟模型建立方法和研究现状,然后简要介绍了整个虚拟人体计划的研究进展和相关的标准、工具以及数据库的发展状况,讨论了虚拟人体在医疗诊断、医疗器械设计、虚拟手术及医学教育与训练等方面的应用,最后总结了目前虚拟人体研究领域所面临的挑战,并对其军事应用意义进行了探讨。

三维数值流形方法及其在复合材料中的应用

数值流形方法在进行接触判断时,传统的直接判断法在三维情况下检索困难,计算量大,对大规模工程问题是不适用的。为此,本文将公共面法引入三维数值流形方法的接触判断,使接触判断的计算量大大减少。目前,数值流形方法主要应用于岩石力学分析,为了拓宽其应用领域,作者比较了复合材料与岩石结构的异同,将其应用于复合材料的数值模拟,数值结果表明,该方法收敛快、精度高,弥补了有限元的不足。

基于Hill理论及模糊算法的骨骼肌力建模与仿真

目的:针对骨骼肌力的产生过程,基于Hill肌肉收缩理论及模糊算法,对骨骼肌力进行了计算机建模及仿真,为相关领域的研究与应用提供了一个肌力计算平台。方法:根据Hill肌肉收缩理论,建立肌力数学模型,并结合模糊控制算法,建立骨骼肌力的模糊数学模型;在Matlab环境下,实现了基于Hill理论及模糊算法的肌力建模与仿真计算平台。结果:经实验验证,肌力仿真计算结果与EMG信号描述一致,并给出了精确的肌力计算值。结论:所提出的肌力预测模型为人体骨肌系统的动力学计算提供了一种新的肌力计算方法,具有一定的创新价值。

四节点四边形数值流形方法及其改进

本文对四节点四边形流形元提出了改进措施,将覆盖位移函数用自然坐标表示,使得在一般非规则有限数学覆盖网格下,数值积分变得比较容易,克服了现有四节点四边形流形单元数值积分困难的缺点。数值算例将其应用于复合材料数值模拟,计算结果表明,当覆盖位移函数采用完全一阶等参多项式时,计算精度较传统有限元法有很大改进。在力应集中或应力突变的区域,无需网格加密,只需提高覆盖位移函数的阶次即可。

虚拟人技术在军事医学研究中的应用

综述了目前国内外虚拟人技术的研究现状,介绍了虚拟人几何建模技术、运动学测量及分析技术、动力学建模及分析技术以及有限元建模及分析技术。结合军事医学的特点,探讨了虚拟人技术在军事医学研究中的应用问题,阐明了虚拟人技术在军事医学中的重要性,并对未来虚拟人技术在军事医学中的应用前景进行了展望。

典型携运行步态下卫勤背囊运动捕捉测量实验研究

卫勤分队系列背囊是卫勤行动及灾害救援中的一种重要装备,人-囊背负系统的设计是背囊研制中的重要部分,决定了背囊的卫勤作业效能,对卫勤救治及灾害救援效率具有重要影响。因此,对典型携运行速度下卫勤背囊进行背负者步态运动捕捉测量实验研究具有重要意义,是进行背囊人-囊背负系统优化设计的前提,也是进一步分析背囊对背负者骨骼肌肉运动系统产生的深层次生物力学影响的基础。针对这一问题,对正常行军和急行军两种情况下背负背囊时的人体骨骼肌肉系统的运动进行了捕捉测量实验,获取了正常行军与急行军时的步态运动学数据、骨骼肌肉系统动力学数据,为背负系统的人因学优化设计提供了科学依据。

斜置隔振系统随机振动分析

本文推导了斜置隔振系统在偏心白噪声激励下的运动微分方程 ,求出了描述系统动态特性的频率响应函数 ,计算并分析了系统的各种响应特性 ,如响应谱、均值等。这对随机激励下斜置隔振系统的振动分析有重要的指导作用。

颗粒增强复合材料有限覆盖技术数值模拟研究

本文将有限覆盖技术应用于颗粒增强复合材料的数值模拟。通过引入数学与物重网格,将有限元的插值域与积分域分别定义在两个不同的覆盖上,即在数学网格上进行插值函数的构造,在物理网格上完成系统能量泛函的积分运算,最后通过覆盖权函数将二者联结在一起。它的优点是单元网格划分随意,不受复杂边界形状和二相材料界面的限制,单元可以是任意形状,是较之于有限元方法更普遍的数值模拟方法。最后给出了有限元网格覆盖颗粒增强复合材料的数值模拟算例,并与现有的方法进行了比较和讨论。

编织复合材料数值模拟方法

编织复合材料中纤维束在空间分布的复杂性,导致其与层合复合材料力学性能分析的本质差别。本文概述了编织复合材料的力学特点及其一般研究步骤,详细介绍了目前几种常见的数值模拟模型,分析了其存在的优缺点,依此指导计算模型的合理选择,使之能对编织复合材料进行较为精确的力学性能预报,并为今后的研究提供指导。

一种基于超声融合成像的骨骼肌体积测量方法

骨骼肌是人体的重要组成部分,肌群协调发力产生了各种运动,骨骼肌神经生物力学协调机理研究对于许多疾病诊疗和临床应用具有重要意义。然而,长期以来,骨骼肌力的测量一直是困扰学科界的一个难题,目前只能用表面肌电信号(EMG)测量办法来估算。基于骨骼肌的MRI影像,融合便携式超声测量,提出了一种全新的在体骨骼肌体积测量方法。通过该方法,可以对骨骼肌的收缩形态进行实时在体测量,从而根据收缩形态的变化,对骨骼肌收缩肌力进行计算。