一种纤维驱动的有限元模型用于预测残余四肢软组织变形:在假肢插座设计中的应用
Ling Wang1,2,3, Ziyan Qiu1,2,3, Lei Tang1,2,3
1State Key Laboratory for Manufacturing System Engineering, School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710054, ShaanXi, People's Republic of China.
Annals of biomedical engineering
|November 2, 2025
概括
这项研究引入了一种新的有限元 (FE) 模型,以准确预测残余四肢软组织变形,改善假肢插座的适合性和设计,以提高患者的舒适性和功能.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 假肢和整形手术
背景情况:
- 剩余的肢体体积和形状的变化挑战了假肢插座的适合性.
- 目前的测量技术缺乏分辨率和内置功能.
- 准确预测软组织变形对于假肢设计至关重要.
研究的目的:
- 开发一种用于预测残余四肢软组织变形的新方法.
- 引导假肢插座的设计,以提高适合性和舒适性.
- 解决现有的残肢体积测量技术的局限性.
主要方法:
- 开发了一个人类大腿的3D有限元素模型.
- 由肌肉收缩驱动的模拟软组织变形,用于自然生物力学.
- 优化模型参数以匹配物理肌肉模型变形.
主要成果:
- 在预测动态软组织变形方面取得了高准确性 (平均误差<1.86%).
- 在各种步态模式中显示出体积和横截面积变化 (<1.86%) 的最小差异.
- 在各种步态数据中验证了一致的预测准确性.
结论:
- 纤维驱动的软组织模型准确地预测了动态变形.
- 提供了一个有价值的工具,用于预设计模拟假肢插座和假肢.
- 适用于其他与皮肤接口的可穿戴设备,以改进设计.
