[发明专利]基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法

说明书

本发明提供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；S2：根据膝关节断层扫描图片构建膝关节三维几何模型；S3：构建骨骼软组织弹性护膝三维一体模型；S4：将骨骼、软骨、软组织、半月板和弹性护膝模型导入Solidworks进行装配，去除子模型的干涉和错误面；S5：在有限元软件中模拟膝关节和弹性护膝有限元模型的一个步态周期下膝关节模型的屈曲，观察膝关节模型的应力应变和位移。本发明的一种基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，可对膝关节在实际运动中对弹性护膝防护效果进行预判，把相关力学参数转化为产品改进的织物参数，以对弹性护膝的制造提供可行性建议。

技术领域

本发明涉及弹性护膝防护效果的测试与研发领域，尤其涉及一种基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法。

背景技术

由于膝关节复杂的铰链结构和跑步过程中重复屈曲伸直的运动特性，使膝关节非常容易受到损伤，加强在跑步过程中对膝关节的防护已成为人们关注的焦点。弹性护膝作为日常运动防护膝盖的常规产品，近年来市场占有率居高不下，关于弹性护膝防护效果的预判我国当前还处于空白阶段，导致弹性护膝功效性无法准确的预判，这给设计上带来一定难度。

当前膝关节和弹性护膝的运动学测试及有限元建模，存在以下不足：

从整体性来看，当前有关膝关节弹性护膝的研究大多都是集中于对弹性护膝材料性能的研究。而对弹性护膝生产前其防护效果如何无法得知，这给设计上带来困难。

从量化数据来看，采用传统的运动测量无法得知戴上弹性护膝后关键部位具体形态变化和无法对其进行量化测量。

从成本来看，与仿真模拟对比，采用客观实验进行相关测量，无疑需要更多人力物力财力支撑实验，增加了成本。

从使用范围来看，客观实验测量只能在弹性护膝制造后检测弹性护膝的防护效果，而采用仿真模拟，可以在弹性护膝生产前对其防护效果进行预测，从而弹性护膝材料和结构进行改进。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于膝关节弹性护膝防护效果的预测方法，可以用于弹性护膝防护效果的模拟与预测，从而对弹性护膝进行改进，以期对弹性护膝的制造提供可行性建议；把人体膝关节三维几何模型和弹性护膝作为一个整体，研究运动过程中织物与人体之间的力学关系，获取相关的参数和各类指标，以达到膝关节在实际运动中对弹性护膝防护效果进行预判，进而把相关力学参数转化为产品改进的织物参数，以帮助弹性护膝的设计与开发，以期对弹性护膝的制造提供可行性建议。

为了实现上述目的，本发明提供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。

优选地，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；