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