人体有限元模型在柔性防护产品中的应用 被引量：1

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作者 孙玥 牛文鑫 +3 位作者 陈馨蔚 陈祺垲 顾冰菲 刘瑜希 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期244-250,共7页

为确保产品功能和实用性的前提下充分考虑人体生理特征和运动机制,基于生物力学反馈的人体有限元模型在“以人为本”的健康防护产品设计中起到了重要作用。本文聚焦利用柔性材料制作而成的防护类产品,探讨人体有限元模型在该类防护产品... 为确保产品功能和实用性的前提下充分考虑人体生理特征和运动机制,基于生物力学反馈的人体有限元模型在“以人为本”的健康防护产品设计中起到了重要作用。本文聚焦利用柔性材料制作而成的防护类产品,探讨人体有限元模型在该类防护产品设计中的应用现状和发展趋势。首先,从人体生物力学角度总结近年来关于人体不同部位的有限元模型构建过程。其次,从人体头部、躯干、上肢和下肢部位与防护设备建立的接触模型,梳理有限元法在健康防护产品设计中的应用现状及所面临的挑战。最后,讨论使用有限元法在该类研究中存在的问题,指出在追求准确性、实时性和逼真性的背景下,具有高效、精确、可重复利用等优点的有限元接触模型仍具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 有限元模型 人体生物力学 柔性防护产品 材料属性

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不同足弓形态下足部生物力学比较及三维有限元分析

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作者 孙园竹 牛文鑫 +4 位作者 孙玥 顾冰菲 周思凡 陈祺垲 刘瑜希 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期692-698,共7页

目的 探讨高、中、低3种足弓形态下足底压力分布与足骨应力,揭示足弓形态对足部生物力学性能的影响。方法 招募127名青年女性,通过三维足部扫描仪采集足部形态数据对足型进行分类,选取3种典型的足弓形态进行分析。通过CT扫描方法获得足... 目的 探讨高、中、低3种足弓形态下足底压力分布与足骨应力,揭示足弓形态对足部生物力学性能的影响。方法 招募127名青年女性,通过三维足部扫描仪采集足部形态数据对足型进行分类,选取3种典型的足弓形态进行分析。通过CT扫描方法获得足骨几何模型,从而建立足部生物力学有限元模型。在模型上施加0.5倍人体体重的载荷来模拟人体双足站立时的状态。结果 对比模型计算的足底接触面积与实验测量结果,其相对误差值均小于10%,证明了有限元模型的有效性。3种足弓形态下的足底压力峰值均位于后足区域,高弓足与低弓足后跟压力比正常弓有不同程度的升高。相比于正常足,高弓足表现为后足区域应力增加明显,其中软组织峰值高出299.45%,骨骼峰值高出93.19%。低弓足表现为足底接触面积增大13.28%,跟骨应力增加98.09%。高、中、低3种足型的足骨应力峰值均位于距骨处,分别为9.903、19.921、36.308 MPa。结论 研究结果支撑了异常足弓形态与足部疼痛和足部疾病之间的联系,并为异常足设计矫形鞋垫、足弓支撑结构提供设计基础和方向。 展开更多

关键词 有限元模拟 足部生物力学 足底压力 足弓类型 足骨应力

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表面肌电与三轴信息融合的运动判断实验

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作者 喻剑 李至霖 +1 位作者 庞鹏瞩 李洁 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第3期23-27,共5页

为了提高基于表面肌电与三轴加速度信号的运动识别准确率,提出了一套多源信息融合处理的实验流程与方法。该方法利用5层离散小波变换对表面肌电信号进行分解,充分提取不同运动产生的肌电信号中各频域的特征信息;再将分解后的表面肌电信... 为了提高基于表面肌电与三轴加速度信号的运动识别准确率,提出了一套多源信息融合处理的实验流程与方法。该方法利用5层离散小波变换对表面肌电信号进行分解,充分提取不同运动产生的肌电信号中各频域的特征信息;再将分解后的表面肌电信号与三轴加速度信号通过滑动窗口的方法进行特征融合,构造融合肌电与空间运动特征的特征图;最后用融合特征图对深度学习模型进行训练,并结合自动状态机进行最终运动状态的识别。实验结果表明,多源信息融合处理方法可以提高运动识别的准确性,总体识别精度分别达到了95.4%和89.2%。该方法在实时性与准确性上均有良好表现。 展开更多

关键词 多源信息融合 表面肌电信号 运动识别 时频分析 深度学习

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踝关节内翻防护型半刚性踝护具的力学特征 被引量：13

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作者 孟强 关国平 +1 位作者 牛文鑫 王璐 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期483-489,共7页

目的为探究踝关节易内翻扭伤的机制,设计一款适用于人体踝关节非对称生理结构、可有效防护内翻的踝护具。方法分析导致踝关节内翻的解剖学因素,基于踝关节解剖的非对称结构,构思一种非对称结构踝护具。运用Kinect系统及Geomagic Studio... 目的为探究踝关节易内翻扭伤的机制,设计一款适用于人体踝关节非对称生理结构、可有效防护内翻的踝护具。方法分析导致踝关节内翻的解剖学因素,基于踝关节解剖的非对称结构,构思一种非对称结构踝护具。运用Kinect系统及Geomagic Studio软件,对成年男子踝关节进行三维扫描并数字建模,通过3D打印技术建立踝关节模型。以EVA膜、硅胶膜和裹边紫铜网为原材料,采用立体裁剪及复合材料加工技术,制备两种非对称结构的踝护具。对踝护具的塑形性能、拉伸性能、疲劳性能、外衬面料透气性和摩擦性等进行表征。结果非对称结构踝护具的外侧具有良好的塑形性能,拉伸弹性回复率低。在小应力长时间作用下,EVA复合材料和硅胶膜复合材料均能保持较好的弹性回复,可有效承受内翻外力。外衬面料的透气性和摩擦性试验结果表明,针织涤纶面料较适合作为外衬材料。结论所设计制备的非对称结构踝护具的力学性能可满足踝关节内翻防护要求。外覆面料可提高踝护具的吸湿透气性能,摩擦性能较好。 展开更多

关键词 踝关节扭伤 踝关节内翻 踝护具 非对称结构 防护

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不同载荷作用下头部生物力学响应仿真分析 被引量：12

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作者 毛征宇 李泽民 +1 位作者 牛文鑫 蔡志华 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期532-539,547,共9页

目的建立符合解剖结构的人颅骨三维有限元模型,研究多种载荷作用下头部生物力学响应。方法通过建立具有解剖结构的高精度头部有限元模型,颅骨采用能模拟骨折的弹塑性材料本构模型,结合已发表的正面冲击颅内压实验、动态颅骨骨折实验、... 目的建立符合解剖结构的人颅骨三维有限元模型,研究多种载荷作用下头部生物力学响应。方法通过建立具有解剖结构的高精度头部有限元模型,颅骨采用能模拟骨折的弹塑性材料本构模型,结合已发表的正面冲击颅内压实验、动态颅骨骨折实验、头部跌落实验结果,仿真再现实验过程中头部受冲击载荷作用下的生物力学响应、颅骨骨折及头部不同速度下的跌落响应。结果前碰撞表现出冲击与对冲侧正-负颅内压分布,相近载荷下枕骨变形比前额、顶骨严重,跌落中速度越快损伤越大。结论建立精确解剖结构的头部有限元模型可以较好模拟头部在冲击、跌落等载荷下的生物力学响应。通过量化接触力、颅内压力等参数来评价头部损伤风险,为防护系统的设计提供科学依据。 展开更多

关键词 有限元分析 模型验证 颅骨骨折 生物力学

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建立人体头颈动力学有限元模型和验证 被引量：4

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作者 郭迎福 何鸿曦 +1 位作者 牛文鑫 蔡志华 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期393-400,共8页

目的建立符合解剖结构的头颈三维动力学有限元模型,研究冲击力作用下头颈部动力学响应。方法采用中国成年男性志愿者颈部CT扫描图像,获取颈椎三维点云数据,通过有限元前处理软件ICEM-CFD和Hyper Mesh建立颈部有限元模型。模型包括椎骨... 目的建立符合解剖结构的头颈三维动力学有限元模型,研究冲击力作用下头颈部动力学响应。方法采用中国成年男性志愿者颈部CT扫描图像,获取颈椎三维点云数据,通过有限元前处理软件ICEM-CFD和Hyper Mesh建立颈部有限元模型。模型包括椎骨、椎间盘、小关节、韧带和软骨等组织,结合已建立并验证的头部有限元模型,装配成具有详细解剖结构的人体头颈部有限元模型。结果模型参考公开发表的头颈部轴向冲击实验数据进行验证,其颈部变形、头部加速度、接触力曲线以及损伤部位与实验数据吻合较好。结论动力学三维有限元模型可用于汽车安全、运动学损伤等领域人体头颈部的动态响应和损伤机制研究。 展开更多

关键词 有限元模型 颈部损伤 头部加速度 模型验证 生物力学

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三踝骨折术后患者不同步行状态时的足底压力特征 被引量：4

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作者 朱婷 王雅 +4 位作者 林金鹏 王文锦 仲荣洲 翟华 王少白 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期625-632,共8页

目的比较三踝骨折术后患者不同步行状态下患侧和健侧足底压力特征,并与健康受试者进行对比。方法对12例三踝骨折术后恢复期患者和23例健康受试者不同步行状态的足底压力特征进行测试,包括足底10个区域峰值压强、接触面积、接触时间百分... 目的比较三踝骨折术后患者不同步行状态下患侧和健侧足底压力特征,并与健康受试者进行对比。方法对12例三踝骨折术后恢复期患者和23例健康受试者不同步行状态的足底压力特征进行测试,包括足底10个区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比。结果患侧与健侧对比:平地步行时患侧第3~5趾骨区域峰值压强小于健侧,患侧中足区域接触面积小于健侧;内翻斜面时,患侧第3~5趾骨区域峰值压强、接触面积小于健侧;外翻斜面时,患侧第3~5趾骨区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比小于健侧,后足区域峰值压强显著大于健侧。患者与健康受试者对比:在3种步行状态下,患者第2、第3跖骨以及第2、第3~5趾骨区域峰值压强均小于正常者,患者第1、第2、第3~5趾骨区域接触面积均小于正常者,患者第2、第3~5趾骨接触时间百分比小于正常者,中足、后足接触时间百分比大于正常者。结论三踝骨折术后患者双侧足底压力特征存在不对称性。与正常者对比,患者在步行支撑相的足底压力异常。患者在外翻斜面运动控制能力、稳定性较正常者有所下降。外翻斜面的足底压力测试能够用于评估患者踝功能。 展开更多

关键词 三踝骨折 足底压力 踝关节内翻 踝关节外翻

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脑性瘫痪儿童腰骶髋矫形器助行装置的设计与研发 被引量：2

8

作者 张蓓华 宋伟栋 +5 位作者 冯莉 夏青 金惠敏 陈竟择 姜鹏兰 牛文鑫 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期714-717,共4页

脑性瘫痪（简称脑瘫）是一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限症候群，这种症候群是由于发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致。这是一种高致残性疾病，根据粗大运动功能分级系统（gross motor function classificati... 脑性瘫痪（简称脑瘫）是一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限症候群，这种症候群是由于发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致。这是一种高致残性疾病，根据粗大运动功能分级系统（gross motor function classification system，GMFCS）评价，部分患儿终生不能步行，部分患儿能获得步行能力但却容易因继发性骨骼肌肉问题导致步态异常。 展开更多

关键词 脑性瘫痪 粗大运动功能分级系统 矫形器 设计 装置 助行 腰骶 儿童

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基于压力测评的帽子工效性能研究进展 被引量：1

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作者 王中昱 王云仪 王诗潭 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期242-250,共9页

头与帽子之间界面压力是影响佩戴舒适性的关键因素。为推动帽类产品的工效性能研究,提升佩戴体验,在阐述头与帽子之间界面压力传递机制的基础上,总结帽子及其它头部相关产品界面压力的表征方法。综述了有关头与帽子之间界面压力的相关... 头与帽子之间界面压力是影响佩戴舒适性的关键因素。为推动帽类产品的工效性能研究,提升佩戴体验,在阐述头与帽子之间界面压力传递机制的基础上,总结帽子及其它头部相关产品界面压力的表征方法。综述了有关头与帽子之间界面压力的相关工效性能,包括压力舒适性、佩戴稳定性、帽身合体度以及热湿舒适性。认为对帽子工效性能的研究尚未形成体系,尤其在动态压力表征、计算机模拟方面的研究尚处于空白。在分析现有研究的基础上提出未来研究的方向:继续完善头部压力测评体系、探索动态压力测评方法、挖掘压力作用机制及其影响机制、开展虚拟适配研究、解析压力与热湿舒适的交互作用规律,建立完善的帽子压力测评与工效性能评估体系。 展开更多

关键词 帽子 界面压力 佩戴舒适性 工效性能 头部压力测评

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专业舞蹈演员平衡功能测试及其意义

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作者 胡国炯 唐一鸣 +5 位作者 陈斌 祁奇 曹宪信 肖震 姚加佳 王惠芳 《中国康复理论与实践》 CSCD 北大核心 2020年第9期1102-1106,共5页

目的探究专业舞蹈演员在平衡控制方面的特点。方法2017年4月至8月,国际著名剧团专业舞蹈演员21例为实验组,身高、年龄等匹配的医务人员21例为对照组。采用Tetrax Balance系统评估综合姿势稳定性,并行躯干稳定性测试(TST)和星形偏移平衡... 目的探究专业舞蹈演员在平衡控制方面的特点。方法2017年4月至8月,国际著名剧团专业舞蹈演员21例为实验组,身高、年龄等匹配的医务人员21例为对照组。采用Tetrax Balance系统评估综合姿势稳定性,并行躯干稳定性测试(TST)和星形偏移平衡测试(SEBT)。结果所有被试双侧TST失稳次数和SEBT最远长度无显著性差异(|t|<0.634,P>0.05);实验组TST失稳次数少于对照组(t=-2.667,P<0.05),SEBT最远长度显著少于对照组(t=-3.991,P<0.001),跌倒指数无显著性差异(t=1.810,P>0.05)。结论与医务人员相比,专业舞蹈演员静态平衡功能较优,动态平衡功能较差,综合平衡控制能力无明显优势。 展开更多

关键词 舞蹈演员 核心稳定性 平衡

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三踝骨折术后恢复期的下肢生物力学特征研究

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作者 朱婷 王少白 翟华 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期211-211,共1页

目的对三踝骨折术后患者与健康受试者的下肢生物力学特征进行探究和对比,为三踝骨折术后康复提供理论指导。方法实验组为12名单侧三踝骨折术后恢复期患者,对照组为23名健康受试者。通过测力台、运动捕捉系统、足底压力、表面肌电对受试... 目的对三踝骨折术后患者与健康受试者的下肢生物力学特征进行探究和对比,为三踝骨折术后康复提供理论指导。方法实验组为12名单侧三踝骨折术后恢复期患者,对照组为23名健康受试者。通过测力台、运动捕捉系统、足底压力、表面肌电对受试者进行评定。采用SPSS 23.0对数据进行处理。统计方法为配对样本t检验、独立样本t检验。P<0.05为显著性差异。结果患侧步长大于健侧(P=0.008),患侧步速、标准化单支撑期时长、负重显著小于健侧(P<0.005)。 展开更多

关键词 健康受试者 三踝骨折 配对样本t检验 表面肌电 足底压力 术后恢复期 测力台 术后康复

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