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Einsatzgebiete der numerischen Simulation in der muskuloskelettalen Forschung und ihre Bedeutung für die Orthopädische Chirurgie

机译:数值模拟在肌肉骨骼研究中的应用领域及其在骨科手术中的重要性

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摘要

Finite element analyses (FEA) as well as multibody system dynamics (MSD) are the main tools used for numerical simulation in the field of musculoskeletal research. While FEA is utilized for field problems, such as calculation of stress and strain distribution, MSD is applied for solving kinematic analyses, such as calculation of muscle and joint forces. Depending on the focus of investigation, modelling of biological tissue may vary from simple homogeneous behavior to modelling biochemical processes on the microscale and nanoscale. An important milestone in biomechanical research was the analysis of stress shielding, which led to further research on bone remodelling. Various models of implant-bone fixation used for the prediction of micromotion have been published. New possibilities for biomechanical analyses are achieved by consideration of complex muscle forces which are generated by MSD simulation and imported into FEA models as limiting conditions. A numerical model always requires experimental validation. If the results are confirmed experimentally, various advantages of numerical simulation apply and problems can be analysed isolated from many influencing factors. Therefore, straightforward parameter variation is possible, enabling studies which would be impossible in an experimental or clinical setup.
机译:有限元分析(FEA)和多体系统动力学(MSD)是在肌肉骨骼研究领域进行数值模拟的主要工具。尽管有限元分析用于现场问题,例如应力和应变分布的计算,但MSD用于求解运动学分析,例如肌肉和关节力的计算。取决于研究的重点,生物组织的建模可能会有所不同,从简单的均质行为到微观尺度和纳米尺度的生化过程建模。生物力学研究的一个重要里程碑是应力屏蔽的分析,这导致了对骨骼重构的进一步研究。用于预测微动的各种植入物骨固定模型已经发布。通过考虑由MSD模拟生成并输入到FEA模型中作为限制条件的复杂肌肉力,可以实现生物力学分析的新可能性。数值模型总是需要实验验证。如果通过实验证实了结果,则可以应用数值模拟的各种优势,并且可以从许多影响因素中分离出问题进行分析。因此,直接的参数变化是可能的,从而可以进行在实验或临床设置中不可能进行的研究。

著录项

  • 来源
    《Der Orthopäde》 |2013年第4期|220-231|共12页
  • 作者单位

    Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie Orthopädische Klinik und Poliklinik Universitätsmedizin Rostock">(1);

    Labor für Biomechanik und Biomaterialien Orthopädische Klinik Medizinische Hochschule Hannover – Annastift">(2);

    Labor für Biomechanik Klinik und Poliklinik für Orthopädie Universität Leipzig">(3);

    Orthopädische Klinik und Poliklinik Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München">(4);

    Institut für Allgemeine Mechanik RWTH Aachen">(5);

  • 收录信息
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Finite element method; Multibody system dynamics; Biomechanics; Kinematic analyses; Validation;

    机译:有限元法;多体系统动力学;生物力学;运动学分析;验证方式;

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