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第1章 有限单元法在人体组织建模中的应用1

1.1有限单元法的基本概念1

1.2有限单元法的解题步骤2

1.3有限元软件的发展趋势3

1.4有限单元法在人体组织建模中的应用实例4

1.5小结20

参考文献20

第2章 人体组织有限元模型构建与分析24

2.1人体结构三维数字模型的建立24

2.2人体三维数字模型数值模拟的数学-力学原理26

2.3人体组织超弹性力学行为有限元分析33

2.3.1国外生物组织超弹性研究简介33

2.3.2弹性问题的基本理论与有限元数值实现35

2.3.3超弹性问题的有限元解法38

2.3.4程序介绍——Newton-Raphson迭代法41

2.4小结42

参考文献42

第3章 MATLAB环境下股骨生物力学建模及有限元仿真44

3.1股骨生物力学模型44

3.1.1股骨生物力学模型的建立方案44

3.1.2股骨表观密度非均匀分布模型46

3.1.3股骨各向异性力学模型49

3.2股骨有限元模型54

3.2.1股骨几何模型54

3.2.2股骨网格划分56

3.2.3股骨弹性模量赋值57

3.3 MATLAB环境下股骨有限元分析及仿真结果评价60

3.3.1 MATLAB仿真环境60

3.3.2 MATLAB环境下股骨有限元仿真及仿真结果评价62

3.4小结68

参考文献68

第4章 基于模糊逻辑和有限元方法的骨折愈合仿真70

4.1力学调控的组织分化愈合模型70

4.1.1骨的结构及骨折愈合70

4.1.2骨折力学生物学73

4.1.3骨功能适应性75

4.1.4骨折愈合仿真算法76

4.2力学模型的有限元解算及骨间动度分析79

4.2.1骨痂各向同性力学模型80

4.2.2骨折力学模型的有限元解算81

4.2.3调控组织分化的力学激励85

4.2.4骨折外固定力学加载87

4.3骨痂组织分化的生物学调控89

4.3.1生物组织浓度的状态变量89

4.3.2初始条件及边界条件设定90

4.3.3模糊控制组织分化模型建立90

4.4骨折愈合模拟仿真分析及验证96

4.4.1骨折有限元网格模型建立97

4.4.2骨折愈合模拟的程序实现99

4.4.3骨折愈合模拟数值验证101

4.4.4骨间稳定性对愈合的影响分析104

4.4.5血液敏感性分析105

4.5小结106

参考文献107

第5章 面向临床应用的股骨颈骨折治疗方案优选系统实现109

5.1基于VC＋＋的ANSYS二次开发技术110

5.1.1 ANSYS二次开发技术简介110

5.1.2基于Visual C＋＋的ANSYS二次开发技术简介111

5.1.3软件系统的总体设计和流程分析113

5.2股骨颈骨折内固定有限元参数化建模115

5.2.1股骨颈参数化有限元模型的建立115

5.2.2股骨颈骨折内固定有限元模型的建立118

5.2.3选择单元类型与定义材料属性120

5.2.4股骨的网格划分124

5.2.5股骨颈骨折内固定的约束与载荷处理125

5.2.6股骨颈骨折内固定的求解126

5.2.7批处理图片的生成127

5.2.8评价准则的设定128

5.3股骨颈骨折虚拟手术优选系统的开发129

5.3.1欢迎界面闪屏的实现129

5.3.2患者基本信息获取输入模块130

5.3.3内固定方式获取输入模块133

5.3.4 ANSYS批处理实现模块136

5.3.5 ANSYS分析结果获取输入模块137

5.3.6 ANSYS批处理结果优选模块138

5.4股骨颈骨折虚拟手术优选系统的应用142

5.4.1建立参数化的有限元模型142

5.4.2有限元解算143

5.4.3 ANSYS批处理结果的获取144

5.4.4 ANSYS批处理结果显示与优选144

5.5小结145

参考文献146

第6章 基于结构与材料性能综合评价的股骨假体优选148

6.1股骨假体结构设计148

6.1.1髋关节简介149

6.1.2股骨假体研制过程中存在的问题150

6.1.3股骨假体内外轮廓线的提取151

6.1.4股骨假体建模154

6.1.5股骨假体的虚拟装配157

6.2常用股骨假体材料及性能对比158

6.2.1生物医学金属材料159

6.2.2生物陶瓷材料159

6.2.3复合材料160

6.2.4股骨假体材料性能对比160

6.3股骨假体有限元仿真分析161

6.3.1股骨头有限元模型建立162

6.3.2三种股骨头模型对髋关节影响分析165

6.3.3股骨假体应力和变形分析167

6.3.4股骨假体疲劳寿命分析172

6.4股骨假体性能评价方法176

6.4.1股骨假体性能评价指标176

6.4.2股骨假体优选方法与评价模型179

6.5股骨假体优选及优选流程181

6.5.1股骨假体优选181

6.5.2定制式股骨假体优选流程183

6.6小结185

参考文献185

第7章 关节软骨生物力学模型的建立及其有限元验证187

7.1静态髋关节生物力学模型的建立188

7.1.1髋关节三维力学模型建立188

7.1.2模型参数的确定190

7.1.3单足静立状态髋关节模型方程191

7.2静态髋关节生物力学模型的验证193

7.2.1模型验证方法的确定193

7.2.2有限元分析理论及计算194

7.3髋关节有限元模型的建立199

7.3.1有限元模型流程199

7.3.2股骨-髋臼几何建模200

7.3.3不同CE角的髋关节几何建模202

7.3.4关节软骨几何建模202

7.3.5几何模型的修正与优化203

7.4髋关节有限元分析206

7.4.1有限元模型的生成206

7.4.2边界条件与载荷设定207

7.4.3应力计算分析207

7.5髋关节生物力学模型的评价209

7.5.1生物力学模型评价指标209

7.5.2生物力学模型评价209

7.5.3静态髋关节力学模型临床意义213

7.6小结214

参考文献215

第8章 骨骼肌的生物力学建模及其有限元解算217

8.1肌肉组织的生物力学建模217

8.1.1肌肉组织的结构及其生物力学特性217

8.1.2肌肉组织的非线性超弹性模型219

8.2肌肉组织模型的有限元解算220

8.2.1材料非线性问题220

8.2.2有限元三维网格单元225

8.2.3几何非线性问题227

8.3小结234

参考文献234