[发明专利]基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法

权利要求书

1.一种基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，包括步骤：

S1：对人体膝关节进行CT扫描，获得膝关节断层扫描图片；

S2：根据所述膝关节断层扫描图片，构建一膝关节三维几何模型；

S3：根据所述膝关节几何模型构建一骨骼软组织弹性护膝三维一体模型，所述骨骼软组织弹性护膝三维一体模型包括一膝关节模型和一弹性护膝模型，所述膝关节模型包括骨骼模型、软骨模型、软组织模型和半月板模型；

S4：将所述骨骼模型、所述软骨模型、软组织模型、半月板模型和弹性护膝模型导入Solidworks进行装配，并去除所述子模型的干涉和错误面，获得一膝关节和弹性护膝有限元模型；

S5：在有限元软件中模拟所述膝关节和弹性护膝有限元模型的一个步态周期下所述膝关节模型的屈曲，观察所述膝关节模型的应力应变和位移。

2.根据权利要求1所述的基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，其特征在于，所述S2步骤进一步包括步骤：

S21：把所述膝关节断层扫描图片导入MIMICS；

S22：在MIMICS中通过对膝关节设置阈值使得骨骼软组织得以显影，通过区域增长、填充孔洞和计算实体的操作构建一膝关节几何模型，所述膝关节几何模型包括软组织构件和骨骼构件；

S23：对所述软组织构件和所述骨骼构件外表面进行多边形处理和精确曲面的光滑处理，获得所述膝关节三维几何模型。

3.根据权利要求1所述的基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，其特征在于，所述S3步骤进一步包括步骤：

S31：在3Matic中根据所述软组织构件和所述骨骼构件的轮廓依据解刨学构建出所述软骨模型和所述弹性护膝模型；

S32：在ANSYS中对弹簧定义刚度用于模拟韧带，获得所述骨骼软组织弹性护膝三维一体模型。

4.根据权利要求1所述的基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，其特征在于，所述S4步骤进一步包括步骤：

S41：将所述骨骼模型、所述软骨模型、所述软组织模型、所述半月板模型和所述弹性护膝模型导入Solidworks进行装配，并去除所述膝关节模型和所述弹性护膝模型的干涉和错误面；

S42：对所述膝关节模型和所述弹性护膝模型定义材料属性，所述材料属性包括密度、弹性模量和泊松比；

S43：对所述膝关节模型和所述弹性护膝模型定义接触关系；

S44：对所述膝关节模型和所述弹性护膝模型划分网格；

S45：定义边界条件和载荷，获得所述膝关节和弹性护膝有限元模型。

5.根据权利要求4所述的基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，其特征在于，所述骨骼模型包括胫骨模型、腓骨模型和股骨髁模型；所述S45步骤进一步包括步骤：

S451：固定所述胫骨模型和所述腓骨模型的下表面；

S452：把所述股骨髁模型的中点定义为旋转中心，对所述膝关节模型施加一个步态周期的受力。

6.根据权利要求1所述的基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，其特征在于，所述S5步骤进一步包括步骤：

S51：计算所述膝关节模型和所述弹性护膝模型跑步过程中整个屈曲过程中的应力应变和位移；

S52：基于ANSYS后处理模块对数据进行处理分析。