基于应力场与电磁场协同治疗技术的下肢肌肉骨骼系统仿真研究

目的:采用基于COMSOL的有限元分析方法探究应力场、电磁场协同作用下人体下肢肌肉骨骼系统产生的电场效应。方法:首先,通过Maxon Cinema 4D R21软件构建三维人体模型,并将模型以STL格式导入COMSOL 6.1软件中。其次,设计搭建针对人体左下肢的电磁场干预及应力加载模型,其中,采用的电磁场激励为15 Hz准脉冲群电流信号,应力场则是通过对人体左脚施加平均压强约为90 N/cm2的振动载荷实现。最后,通过数值模拟对人体组织内的电磁特性进行仿真计算,并在此基础上进一步比较应力场、电磁场单独以及协同干预对人体生物电场的影响。结果:仿真结果显示,在电磁场和应力场单独或协同作用下,电场强度峰值均位于腿部关节处,人体产生的生物电场强度与外源性激励加载位置的距离有关,协同作用下产生的电场相当于电磁场和应力场单独作用所引起的组织内生物电场的线性叠加。结论:该研究为预测肌肉骨骼组织内部的生物电场变化提供了数据补充,并为多物理场协同干预新疗法在下肢肌肉骨骼系统疾病治疗中的开发和应用理论奠定了基础。