人体骨骼肌生物力学建模与仿真

发布时间：2022-01-13 13:08

　　对人体骨骼肌不同尺度的结构和功能进行深入研究是一项具有挑战意义的任务,并且上世纪已经认识到骨骼肌力的生成具有复杂的过程,例如通过神经刺激产生电信号的过程、动作电位传导过程以及肌小节产生主动力的过程等,然而研究人员对这些过程的相互耦合还远没有完全理解。骨骼肌是由许多肌纤维组成的,并且肌纤维具有产生主动力的特性,骨骼肌与周围的组织连接并相互作用。肌纤维的生理特性及力学特性与整个骨骼肌组织力学特性的结合对于理解骨骼肌相关疾病具有重要意义。通过对骨骼肌多尺度的研究,建立一种准确的人体骨骼肌生物力学模型,该模型不仅可以帮助研究员理解运动相关的生理现象,而且可以提高的生物医疗技术以及对运动疾病做出有意义的指导。本文通过对从半肌小节到肌纤维以及肌纤维再到骨骼肌组织等多尺度结构和功能的研究,建立了半肌小节模型以及动作电位传导模型。通过将人体骨骼肌CT图像导入Mimics,对人体骨骼肌组织进行三维重建并对重建模型进行了一系列优化,获得了质量较高的骨骼肌三维实体模型,并将其导入Abaqus软件中进行有限元仿真分析。通过分析骨骼肌组织超弹性和不可压缩生物力学等特性,建立了人体骨骼肌组织生物力学超弹性模型,包... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Hill肌肉三元素模型

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文因此，这个领域[18,19,20]主要研究肌肉模型，并将肌肉作为骨骼肌系统中的力学执行器。然而上述这些模型通常忽略了肌肉组织本身的连续力学行为，例如骨骼肌组织的体积，与周围组织连接的横向行为等，而有限元分析方法提供了连续性的基本方法。连续模型需要进行三维建模，并采取非线性，各向异性，不可压缩性，肌肉纤维分布情况和羽状角等特征，这些骨骼肌的连续本构模型主要在主动应力和被动应力间使用加法分解。

第 2 章 骨骼肌生物力学模型的建立本章首先对骨骼肌组织的多尺度结构和功能进行详细的研究，明确并骼肌肌纤维收缩机制，并通过对骨骼肌生物力学特性分析，建立了骨性超弹性应变能函数，进而建立骨骼肌生物力学模型。1 骨骼肌的结构和功能人体肌肉系统是由三类肌肉构成的：心肌，构成心脏；平滑肌(非横意肌)，是空腔脏器壁的组成部分；骨骼肌(横纹肌或随意肌)，通过肌附着。肌肉是人体最大的组织，并且成对出现于人体左右两侧，肌肉人体体重的 40% ~ 45%，并且共有 430 多块肌肉。最强力的运动由不到肉完成。肌肉通过分散应力吸收震荡保护骨骼和提供动力。肌肉使骨为轴运动并对抗外力维持身体姿势。肌肉的这种能力通常反应肌肉群而不是其中某一单块肌肉。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分子马达集体运行机制的骨骼肌收缩动态力学模型——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理（Ⅰ）[J]. 郭朝,殷跃红.  中国科学:技术科学. 2012(06)
[2]分子马达集体运行机制及肌小节动态力学模型[J]. 殷跃红,郭朝.  中国科学:技术科学. 2011(11)
[3]肌球蛋白分子马达的多力场耦合机理分析[J]. 郭朝,殷跃红.  科学通报. 2010(Z2)

博士论文
[1]骨骼肌收缩的多尺度研究[D]. 董臣令.浙江大学 2017
[2]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010

硕士论文
[1]基于骨骼肌三元素模型的仿生肌肉设计及应用研究[D]. 葛鹏.合肥工业大学 2017



本文编号：3586490