使用实验设计方法的有限元素下骨折固定模型中的参数优化
Michaela Maintz1, Bilal Msallem2, Michael de Wild3
1Medical Additive Manufacturing Research Group (Swiss MAM), Department of Biomedical Engineering, University of Basel, Allschwil, Switzerland; Department of Oral and Cranio-Maxillofacial Surgery, University Hospital Basel, Basel, Switzerland; Institute for Medical Engineering and Medical Informatics IM(2), University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland FHNW, Muttenz, Switzerland.
概括
这项研究通过将它们与生物力学实验进行比较,增强了下骨的有限元素 (FE) 模型. 优化材料特性和接触定义可显著提高 FE 模型在外科手术规划中的准确性.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物材料工程 生物材料工程
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 下骨有限元素 (FE) 模型的有限验证妨碍了其可信度.
- 准确的FE模型对于预测手术应用中的生物机械行为至关重要.
研究的目的:
- 调查材料特性和边界条件对FE模型准确性的影响.
- 优化FE模型参数,以更好地预测下骨折固定结果.
主要方法:
- 使用聚胺12 (PA12) 下模型对FE模型和生物机械实验进行比较研究.
- 实验设计方法系统地分析FE参数,如接触定义和材料变形.
- 优化螺丝植入器,植入器口和断片间接口的接触定义.
主要成果:
- FE模型的准确性对机械性能和接触定义非常敏感.
- 发现螺丝植入器接触的粘合定义是无效的.
- 优化的摩擦参数 (S-I和I-M的μ=0.2,IF的μ=0.1) 在模拟和实验数据之间产生了强烈的一致性 (力RMSE: 26.60 N,位移: 0.19 mm).
结论:
- 通过实验测试对FE模型进行校准对于提高预测能力至关重要.
- 经过验证的手术前准静态FE分析可以根据患者的生物机械需求帮助选择和放置植入物.
