课  程

内   容

一、生物力学研究前沿

1  有限元建模基础知识（简介）

1.1 生物力学在医学领域的应用

1.2 有限元方法基本原理及在生物力学研究中的应用

1.3 有限元分析的关键因素分析

二、医学图像三维建模

（结合具体实例讲解）

2  医学图像三维重建

1．医学图像的三维重建的基本原理和方法

2．Mimics三维重建详解（从断层图像到三维建模）

实例操作：

1) 四肢长骨的建模（股骨、胫骨和肱骨等）

2) 关节的建模（膝关节、踝关节等）

3) 椎体建模（颈椎、胸椎或腰椎等）

4) 软件功能介绍，包括切割、分离、测量和装配等

5) 三维模型与3D打印的联系和应用

6) 关节软骨建模

7) 椎间盘建模（包括纤维环、髓核、软骨终板等）

8) 模型三维体网格划分（以股骨或胫骨为例）

9) 三维体网格模型赋材料属性、导出、导入有限元分析软件

10) 骨科植入重建（骨板、螺钉重建）

11) 软件定制化植入物、手术导航、多孔支架设计

12) 可以根据学员需求进行其他部位骨建模

三、ANSYS有限元分析详解

（结合具体实例讲解）

3  ANSYS有限元分析详解

3.1  前处理功能模块

3.1.1 建模功能和模型导入

ANSYS二维、三维建模（以三维融合器建模为例）

外部模型模型导入（以Mimics模型导入为例）

3.1.2 网格属性、材料的属性

各种网格属性的原理介绍和应用（四面体和六面体实例）

网格密度的控制

模型材料属性的定义

3.1.3 模型的接触功能设置（包括小关节、骨与内固定）

3.2  求解功能模块

3.2.1 如何在模型上施加边界和载荷（包括面载荷、集中载荷和力矩）

3.2.2 求解控制（静态和动态加载）

3.3  后处理功能模块

3.3.1 结果指标的提取：变形、应力、应变等

3.3.2 结果云图的设置（包括位移云图、应力云图）

3.3.3 结果分析与评判

实例操作：以胫骨模型为例，实现Mimics三维建模、3-Matic网格划分、材料属性分配、ANSYS加载分析，得到分析结果

四、辅助软件

4  辅助软件的介绍

4.1 Geomagic软件面三维模型处理

4.2 Pro/Engineer软件，三维内固定建模

4.3 Hypermesh软件，三维体网格前处理

结合临床的课题分析与设计思路

五、应用案例解析Ⅰ

5  具体案例演示

5.1 胸腰椎后路融合术后力学分析

5.2 髋关节置换术后力学分析

5.3 股骨颈骨折空心钉、PCCP螺钉固定术后力学分析

5.4 胫腓骨远端骨折、跟骨骨折钢板固定力学分析

5.5 胸腰椎压缩骨折、爆裂骨折术后力学分析

5.6 颈椎前路钢板、钛笼的力学分析

5.7  SCI论文分享；结合学员自己课题分析与设计思路讨论

六、应用案列解析Ⅱ

6  人体关节软组织的三维建模（实例操作与分析）

6.1 三维建模常用影像学内容

6.2 三维建模的基本流程及注意事项

6.3 实例操作：关节软骨的Mimics三维建模

7  关节软组织的Abaqus仿真分析（实例操作与分析）

7.1 关节软骨力学特性的研究进展

7.2 Abaqus软件的基本功能及参数设置

①模型导入；②网格及材料属性；③边界条件；④求解功能；⑤后处理

7.3 实例操作：关节软骨力学特性的Abaqus仿真

7.4 结合学员自己课题分析与设计思路讨论

8  韧带生物力学分析应用（不作本次课上讲授，可下次线下讲解）

8.1膝关节前交叉韧带（ACL）生物力学研究

8.2实例操作：ACL重建术的Abaqus仿真