不同材料赋值下股骨静力学有限元模型的力学仿真分析

背景:不同骨质的材料属性差异很大,因此在很多生物力学分析过程中为了简化模型,提高分析效率,很 多学者在进行生物力学仿真研究中对骨骼模型采用了不同的赋值方法,而材料属性分配将对生物力学分析 结果产生很大的影响。 目的:采用不同的材料属性赋值方法建立3种股骨有限元模型并进行有限元仿真分析,探究不同材料赋值 方法对股骨有限元生物力学仿真分析的影响。 方法:采集志愿者股骨CT扫描数据,以DICOM格式文件导入Mimics医学影像处理软件重建股骨模型, 对模型分别赋予3种不同的材料属性,即均一材料赋值、皮-松质骨赋值和灰度赋值,并将模型导入有限元 分析软件Abaqus 6.14中,设置相同的载荷和边界条件进行应力及位移分析。 结果与结论:①3种股骨模型的应力输出结果相差不大,且均在合理范围内;②但是均一材料赋值股骨模 型与皮-松质骨赋值股骨模型的最大应力主要分布于股骨干部位,而灰度赋值股骨模型的最大应力分布在股 骨颈处,这也与现实状态下股骨骨折部位主要出现于股骨颈部位所吻合;③皮-松质骨赋值模型和灰度赋值 模型输出的位移值基本一致;而均一材料赋值的股骨模型位移值最小,并且与其他2种模型位移量相差40% 左右;④提示灰度赋值的方法能够较好地反映人体股骨的生物力学特性,从而可以更准确地模拟真实股骨 的生物力学特征,这也为骨科生物力学进行有限元仿真建模提供了重要理论依据。

生物材料仿真模型在乳腺微创旋切手术教学中的应用

目的探讨生物材料仿真模型联合传统临床教学方式在乳腺微创旋切手术教学中的应用价值。方法选取2021年3月至12月于空军军医大学第一附属医院甲状腺乳腺外科进修学习乳腺微创旋切手术的50名医师作为研究对象。将其分为试验组及对照组,培训时长为1周。分3个模块,分别为多普勒超声系统及超声理论知识学习、乳腺微创旋切操作系统学习、乳腺微创旋切手术临床观摩及实践,试验组医师在第三模块学习的同时增加生物材料仿真乳腺模型练习。培训结束后进行乳腺微创旋切操作考核,分析两组医师微创操作水平及主观评价的差异。采用SPSS 22.0进行独立样本t检验和卡方检验。结果试验组医师乳腺包块定位用时、旋切刀定位用时及乳腺包块残留率分别为(4.12±1.05)min、(12.12±2.61)min及40%,对照组相应成绩为(6.68±1.97)min、(15.32±2.89)min及72%,两组间差异有统计学意义(P<0.05)。试验组医师在操作熟练程度自评及临床操作信心方面优于对照组。结论生物材料仿真乳腺模型联合传统教学与单纯传统教学方式相比有显著的优势,是乳腺微创旋切手术教学中高效的辅助工具,在乳腺外科进修医师的培训中发挥着重要作用。

有限元分析在骨折愈合与生物力学研究中的应用

有限元法是对连续体力学及物理问题的一种新的数值求解方法。随着计算机技术的快速发展,有限元模拟仿真的精确度不断提高。有限元法因其在计算复杂形状、载荷和材料性能方面的独特能力,被广泛应用于骨科研究领域。近年来,各类临床医生从临床角度出发,针对不同的问题建立不同仿真模型,用来模拟分析各种临床实际问题,这些研究成果对临床工作很有帮助,具有一定的指导意义。而基于三维有限元的数字模拟技术,在骨折愈合的力学环境、骨折固定物的力学性能及优化设计、生物力学实验仿真等各个方面起着越来越重要的作用，值得深入探讨研究。因此本文对有限元分析在以上几方面中的研究应用进行综述。

皮肤力学的研究进展

皮肤力学的研究在许多领域是极具应用价值的,如皮肤护理、美容、药物注射、仿生材料的研发等。与常规材料相比,皮肤是一种结构复杂多变的生物材料,其力学模型的研究从早期的经验模型发展到更科学的结构模型,并且考虑了微观组织结构和宏观变形响应之间的联系。为了提高模型的准确性和预测能力,需要提出一些针对性强但更为复杂的材料模型,于是不可避免地增加了未知参数;同时参数的确定也更依赖于实验数据的准确性与多样性。此外,实验方法从早期的离体拉伸测试逐渐发展为以现代先进科学技术为依托的高精度、多尺度、多样性的研究方法。本文针对皮肤力学研究,主要对力学模型、实验方法以及数值仿真等方面的研究进展进行概述。尽管皮肤力学的研究已取得诸多成果,但还存在着多方面的不足,如何准确把握皮肤力学性能并且指导和规范工程实践(如临床应用),仍然是活跃并具有挑战性的研究课题。