个体化骨肌多体动力学和有限元联合建模的肩胛骨锁定板生物力学评估方法

摘要

为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能.以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件Anybody和有限元软件Abaqus,建立与个体上肢相对应的骨肌多体动力学模型和肩胛骨骨折固定有限元模型,模拟右臂外展90°和前屈45°运动;采用骨肌多体动力学方法,预测个体体内所有的肌肉力和关节力,然后将预测的肌肉力和关节力加载至肩胛骨骨折固定有限元模型,调查新设计骨折板的生物力学性能,并与传统重建板进行了对比.结果 表明:在右臂外展和前屈运动中,最大孟肱关节接触力分别为428 N和379 N;2.6 mm厚度新设计骨折板的最大范氏应力分别为118 MPa和113 MPa,均小于3 mm厚度重建板的最大范氏应力128 MPa和142MPa.与传统的植入物失效评估方法相比,个体化联合建模方法增加考虑了个体的解剖差异和体内生理载荷状况,允许在个体日常活动体内载荷下调查植入物的生物力学性能,可为假体设计、医生手术和术后康复提供理论指导.