[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

本發明提供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。本發明的一種預測腳踝護具防護效果的建模方法，不僅可獲得踝部表面受力情況，還可以獲得內部組織應變情況，為護具防護效果提供精確預測。

技術領域

本發明涉及運動損傷防護產品性能測試與評價領域，可以應用于踝部護具領域，尤其涉及一種預測腳踝護具防護效果的建模方法。

背景技術

隨著運動健康的理念逐漸強化，消費者對于運動護具的防護性能需求也在逐步提高。護具研發企業在考慮到舒適性和美觀性的同時，需要不斷提高對于護具防護效果的預測精度。腳踝扭傷大都是過度扭轉(內翻、外翻)或超過了關節的承受力造成的急性韌帶拉傷。踝部護具通常對踝部施加壓力以限制踝部關節活動范圍，從而限制韌帶的過度拉伸，起到保護作用。對于防護性能的評估，除了主觀評價最常用的就是進行運動學測量，比如通過測量運動過程中踝部和護具之間的壓力分布來對比不同護具的防護效果。但是踝關節內部作用力的傳遞以及具體的韌帶應變情況仍難以獲取真實數據。

隨著計算機技術和有限元理論的發展，研究者開始使用數值模型和有限元法分析復雜的踝部結構及其與護具之間的相互作用。借助于數值建模和有限元分析，不僅可以研究踝部與護具結構與功能，而且可以進行踝部防護效果的模擬與預測，獲得精確的韌帶變化的數據，從而對護具進行防護效果進行精確化表征以及改進。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種預測腳踝護具防護效果的建模方法，解決了傳統評價中依賴實物檢測及主觀評價，從而導致評定結果與實際情況存在較大誤差的問題。

為了實現上述目的，本發明提供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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。