[發明專利]預測腳踝護具防護效果的建模方法

在審

• 申請號: 202110254718.3
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113033044A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 謝紅;國婷婷;張林蔚;劉星辰
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F111/04
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 李慶

1.一種預測腳踝護具防護效果的建模方法，包括步驟：

S1：將CT掃描獲得的CT圖像利用圖像處理軟件繪制一基本骨骼軟組織模型；

S2：基于所述基本骨骼軟組織模型，依據解剖學原理，在相應位置建立關節軟骨組件與韌帶組件，得到完整的一踝部模型；

S3：基于所述踝部模型建立一待測試踝部護具三維模型，并將所述待測試踝部護具三維模型與所述踝部模型進行裝配；

S4：通過有限元動態模擬，進行踝部穿著護具狀態的連續運動分析。

2.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S1步驟中，所述CT圖像采集自踝部無損傷史的成年男性；

所述圖像處理軟件采用MimicsResearch；

所述基本骨骼軟組織模型包括：多個骨骼組件和踝關節軟組織組件，所述骨骼組件包括脛骨下端組件、腓骨下端組件、跟骨組件、距骨組件、舟狀骨組件、外楔狀骨組件、中楔狀骨組件和內楔狀骨組件。

3.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S2步驟中，所述關節軟骨組件指的是脛骨、腓骨與距骨關節面之間的關節軟骨組件；所述韌帶組件指的是踝關節外側副韌帶組件和內側三角韌帶組件。

4.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S2步驟中，所述關節軟骨組件和所述韌帶組件均設置為殼體模型。

5.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S2步驟中，所述踝部模型通過將所述基本骨骼軟組織模型、所述關節軟骨組件和所述韌帶組件以統一坐標系作為參照配合起來得到。

6.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S3步驟中，所述待測試踝部護具三維模型通過第一三維建模軟件建立，所述三維建模軟件采用Solidworks或Magics；

將所述待測試踝部護具三維模型與所述踝部模型進行裝配時采用第二三維建模軟件，所述第二三維建模軟件采用Solidworks。

7.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S4步驟中，所述踝部穿著護具狀態是指將踝部模型與所述待測試踝部護具三維模型按照實際穿著狀態，以統一坐標系為參考裝配在一起；

所述有限元動態模擬基于有限元分析軟件Ansys Workbench。

8.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S4步驟中，所述有限元動態模擬步驟進一步包括步驟：

設置材料參數：將骨骼組件、所述關節軟骨組件和踝關節軟組織組件視為各向同性、均勻連續的線彈性材料，分別輸入所述骨骼組件、所述關節軟骨組件和踝關節軟組織組件的彈性模量、泊松比和密度；

將所述韌帶組件視為非線性彈性材料，所述韌帶組件通過公式(1)定義：

F＝A(eB×ε-1) (1)；

其中A、B表示材料參數，F表示韌帶應力，ε表示籾帶應變，e表示自然對數函數的底數。

9.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S4步驟中，所述有限元動態模擬步驟還進一步包括步驟：設置接觸關系和劃分網格。

10.根據權利要求1所述的預測腳踝護具防護效果的建模方法，其特征在于，所述S4步驟中，所述連續運動分析是指通過對腳踝相應位置施加約束和載荷，模擬腳踝動態。