【骨肌系統生物力學建模與模擬】

內容介紹

本教材結合脊柱、口腔、眼部、膝關節、頭頸等醫學、防護相關問題，詳述了骨肌系統生物力學建模與模擬技術方法，並介紹了該方法在解决臨床醫學及航空航太醫學、醫用植介入體設計等方面的應用。 2.書中大量精心繪製醫學科普圖片，便於學習者理解。 本書特點：1.肌系統生物力學作為生物力學的重要研究領域之一迅速發展，涉及醫學、生命科學和數理、工程學科相交叉前沿，其具體研究內容涉及顱腦損傷生物力學、骨折癒合力學以及骨應力遮擋效應、人工關節、顳頜骨/關節力學、口腔正畸、修復、種植體力學等。 伴隨著骨肌系統生物力學科學研究的不斷深入，骨肌系統生物力學建模及模擬技術已成為骨外科、口腔、人體防護等相關問題研究的一種重要的必備手段。 2.本書建模與模擬內容，真正實現基礎向臨床轉化3.國內開設人體運動系統生物力學課程教材。 4.主編擔任中國生物醫學工程學會理事長，中國力學學會理事，世界生物力學理事會理事，亞太生物力學理事會理事，曾擔任全國生物力學專業委員會主任，該專業學術帶頭人。

作者簡介

樊瑜波，教授，博士生導師，北京航空航太大學生物與醫學工程學院院長，國家康復輔具研究中心主任，“生物力學與力生物學”教育部重點實驗室主任。 兼任世界生物力學理事會（WCB）理事、國際生物醫學工程聯合會（IFMBE）執委、亞太生物力學理事會（APAB）理事。

王麗珍，教授，就職於北京航空航太大學生物與醫學工程學院。 主要研究方向為損傷與康復生物力學。 兼任國際矯形與創傷外科學會（SICOT）基礎組委員、中國生物醫學工程學會中國力學學會生物力學專業委員會委員、中國生物醫學工程青年委員會副主任委員。

目錄

第一章骨肌系統概論

第一節骨肌系統解剖學

一、骨

二、肌肉

三、骨連結

第二節骨學概論

一、骨結構

二、密質骨

三、松質骨

四、骨的細胞成分

五、骨的化學成分

六、骨的發育和生長

七、骨重建理論

第三節骨肌系統生物力學基本理論

一、骨肌生物力學基本概念

二、骨肌系統本構關係

三、骨肌建模模擬基本原理

第二章建模模擬常用軟體及其力學原理

第一節影像學影像獲取

一、CT與Micro-CT成像原理

二、MRI與Micro-MRJ成像原理

三、建模模擬用圖的圖像採集

第二節基於醫學影像的骨肌系統三維建模

一、建模簡介

二、影像預處理

三、三維模型重建

四、常用軟體介紹及實例

第三節基於CAD的骨肌系統精細化處理方法

一、醫學數位化建模綜述

二、Geomagic介紹

三、SolidWorks介紹

四、Rapidform介紹

第四節骨的資料内容測試技術與方法

一、骨力學測試的影響因素

二、拉壓測試法

三、彎曲測試法

四、扭轉、純剪切測試法

五、超聲測試技術

六、微觀力學特性測試技術

第五節有限元分析方法及常用軟體介紹

一、骨肌生物力學常用有限元軟體簡介

二、HyperMesh軟體簡介

三、ANSYS軟體簡介

四、ABAQUS軟體簡介

五、AnyBody軟體簡介

第三章頭部生物力學建模與模擬

第一節頭頸動力學模型

一、頭部衝擊碰撞損傷的生物力學建模模擬

視頻3-1-1顱內組織幾何模型的建立

視頻3-1-2前處理——模型的導入和幾何清理

視頻3-1-3前處理——劃分二維網格

視頻3-1-4前處理生成三維網格

視頻3-1-5前處理——設定約束

視頻3-1-6前處理——建立資料模型和單元内容

視頻3-1-7前處理——初始條件設定和接觸設定

視頻3-1-8前處理——求解和計算輸出設定及K檔案的匯出

視頻3-1-9求解準備——求解器設定

視頻3-1-10後處理

二、頭-全頸椎骨肌系統建模模擬

視頻3-1-11網格劃分拓撲結構

視頻3-1-12多剛體建模

第二節眼球損傷生物力學模型

一、有限元顯式動力學介紹

二、眼球損傷的生物力學模擬

視頻3-2-2幾何建模

視頻3-2-3資料内容

視頻3-2-4資料内容

視頻3-2-5資料添加

視頻3-2-6 ANSYS網格劃分

視頻3-2-7載荷約束

視頻3-2-8結果查看

第三節口腔生物力學建模模擬

一、口腔生物力學簡介

二、口腔組織的基本形態和力學特性

三、正畸矯治算例

視頻3-3-1口腔正畸算例

第四節基於Micro-CT的骨微觀力學模型

一、基於Micro-CT影像的骨微觀模型

二、網格劃分方法

三、資料賦予方法

第四章脊柱生物力學建模與模擬

第一節頸椎生物力學模型

一、人工椎間盤置換術建模與模擬

二、動態頸椎假體建模與模擬

視頻4-1-1椎體的處理

視頻4-1-2間盤的處理

視頻4-1-3韌帶的處理

視頻4-1-4小關節軟骨的處理

視頻4-1-5對照模型的組裝加載及後處理

視頻4-1-6人工椎間盤置換模型及後處理

第二節腰椎生物力學模型

一、椎弓根釘拔出過程建模與模擬

視頻4-2-1 CATIA椎弓根釘模型

視頻4-2-2裝配

視頻4-2-3布耳運算

視頻4-2-4網格劃分

視頻4-2-5導入求解器及加載運算

二、腰椎運動康復過程建模與模擬

視頻4-2-6 MIMICS功能介紹

視頻4-2-7 Mask編輯

視頻4-2-8接觸部分處理和3D計算生成

視頻4-2-9 L2編輯3D修改

視頻4-2-10匯出模型stl格式

視頻4-2-11多邊形階段曲面優化

視頻4-2-12曲面造型

視頻4-2-13椎間盤網格

視頻4-2-14繪製纖維環

視頻4-2-15資料内容分配和匯出inp檔案

視頻4-2-16韌帶繪製

視頻4-2-17韌帶資料

視頻4-2-18模態分析算例

第五章下肢生物力學建模與模擬

第一節髖關節建模與模擬

一、髖關節生物力學

二、髖關節模型建立

三、骨盆髖臼橫斷骨折不同內固定方法的生物力學評估

視頻5-1-4骨折線繪製

視頻5-1-2骨折缺損類比

視頻5-1-3鋼板選取

視頻5-1-4螺釘模型建立

視頻5-1-5模型裝配

四、股骨粗隆間骨折的生物力學傷真

第二節膝關節損傷建模與模擬

一、膝關節生物力學

二、正常膝關節的有限元建模

三、膝關節有限元建模在前交叉韌帶重建中的應用

四、特殊工况下的膝關節建模與模擬

視頻5-2-1膝關節建模算例

第三節足踝損傷建模與模擬

一、足踝生物力學

二、足踝損傷的機制及臨床分類

三、有限元建模模擬在足踝損傷生物力學分析中的應用

視頻5-3-1影像導入

視頻5-3-2 3D模型建立

視頻5-3-3匯出stl檔案

視頻5-3-4模型表面處理

視頻5-3-5構造曲面片

視頻5-3-6軟骨層繪製

視頻5-3-7韌帶模型建立

視頻5-3-8資料内容

視頻5-3-9網格劃分

視頻5-3-10模型裝配

視頻5-3-11約束設定

視頻5-3-12分析步定義

視頻5-3-13載荷設定

視頻5-3-14邊界條件

視頻5-3-15提交分析

視頻5-3-16結果查看

第六章骨重建過程的建模與模擬

一、骨的力學調控理論

二、骨重建調控方程及算灋

三、ANSYS參數化設計語言（APDL）簡介

四、骨重建算例

視頻6-0-1經典二比特方板模型的骨重建算例

視頻6-0-2帶有超載損傷吸收機制的骨重建調控模型的骨重建算例

第七章多剛體動力學建模與模擬

第一節多剛體系統假人建模與模擬

一、多剛體系統動力學介紹

二、人體骨肌系統結構分析

三、人體骨肌系統多剛體系統建模

四、ADAMS多剛體動力學模擬

五、ADAMS人體動力學模擬實例

視頻7-1-1約束系統

視頻7-1-2假人關節

第二節胸腰段脊柱衝擊響應動力學研究

一、胸腰段脊柱面臨的問題

二、胸腰段脊柱動力學模型及模擬

視頻7-2-1重力預載荷

視頻7-2-2後處理