[发明专利]基于有限元分析的人体矫姿带的设计方法

说明书

本发明涉及医疗器械领域，具体为一种基于有限元分析的人体矫姿带的设计方法，包括如下步骤：(1)制作正常人体生理数据标准模板；(2)将生理数据标准模板导入交互式的医学影像控制系统，建立三维模型；(3)将三维模型导入有限元网格划分软件，分别对脊柱、肋骨、胸骨、锁骨、肩胛骨、人体外部轮廓进行网格划分；(4)将人体外部轮廓导入正向工程软件中，设计出矫姿带；(5)将步骤（3）中的各模型分别导入通用有限元分析软件中进行分析；(6)将步骤(3)、(4)中的各模型分别导入通用有限元分析软件中进行分析；(7)将步骤(5)和(6)的有限元结果进行对照分析，可根据不同人的具体需求，更改矫姿带的参数，使其符合人体生物力学设计的基础上满足个性化的需求。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及人体矫姿带的设计，具体为一种基于有限元分析的人体矫姿带的设计方法。

背景技术

驼背是一种较为常见的脊柱变形，是胸椎后突所引起的形态改变，多见于坐立姿势不正、年老脊柱变形等。青少年处于身体快速发育阶段，骨骼发育尚未定形，属于骨骼可塑期。此时，不正确的坐立行走、以及伏案学习，都会使人体骨骼不正常受力，如果不及时调整，会导致人体三维力系失衡，改变原有生理曲线，造成含胸驼背，影响美观，给青少年生理以及心理造成一定不良影响。

矫姿带可以对肩部、腰部以及背部综合施力，从而达到舒展双肩、挺直腰背部的目的，有效地纠正弯腰驼背，矫正不良身姿。而现有矫姿带的设计，多从产品的外观、颜色以及形状进行调整，但是并未从生物力学的角度出发，借助力学分析调整矫姿带，从而使产品的功能更加明朗化。

发明内容

本发明的目的是为了解决市面上现存的矫姿带，对人体脊柱、肋骨、胸骨、锁骨以及肩胛骨的应力分布情况不合理，从而影响佩戴者的矫正效果，提供了一种基于有限元分析的人体矫姿带的设计方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：基于有限元分析的人体矫姿带的设计方法，采用如下步骤：(1)、使用断层扫描技术或核磁共振技术制作正常人体生理数据标准模板，包含参数：年龄、性别、身高、体重等的解剖学数据及断层扫描数据；(2)、将正常人体的生理数据标准模板导入交互式的医学影像控制系统，建立包括脊柱、肋骨、胸骨、锁骨、肩胛骨以及人体外部轮廓的三维模型；(3)、将三维模型导入有限元网格划分软件，分别对脊柱、肋骨、胸骨、锁骨、肩胛骨以及人体外部轮廓进行面网格、体网格划分，且人体外部轮廓的内部体网格预留出各骨性结构的位置；(4)、将人体外部轮廓导入基于数字化CAD的正向工程软件中，设计出包括背架、腹带、左肩带以及右肩带的矫姿带；(5)、将步骤（3）中的各模型分别导入通用有限元分析软件中，进行材料属性的赋值、装配、边界条件的施加以及荷载的设置，进行分析。此时，可得到正常人体受到荷载作用下，各骨性结构以及人体外部轮廓的受力情况；(6)、将步骤(3)以及步骤(4)中的各模型分别导入通用有限元分析软件中，进行材料属性的赋值、装配、边界条件的施加以及荷载的设置，进行分析。此时，可得到佩戴有矫姿带的正常人体受到荷载作用下，各骨性结构以及人体外部轮廓的受力情况；(7)、将步骤(5)和步骤(6)的有限元结果进行对照分析。可以得出，在相同荷载条件下，矫姿带的存在对人体脊柱、肋骨、胸骨、锁骨、肩胛骨以及外部轮廓的影响。在此基础上，可以根据不同人的具体需求，更改矫姿带的参数，使其符合人体生物力学设计的基础上满足个性化的需求，可以更加有效地矫正不良身姿。

采用该方法制得的人体矫姿带克服了现有矫姿带和人体之间的应力分布不合理，矫正效果不明显的问题。

本发明通过有限元分析比较了相同荷载与边界条件下，矫姿带存在与否对健康人体骨性结构和外部轮廓的应力分布情况的差异。可以发现，矫姿带的存在可以改变应力分布情况，因此，可以根据个人具体需求，调整矫姿带的形状，使矫姿带功能更加明朗化，更加有效地矫正身姿。

附图说明

图1脊柱、肋骨、胸骨、锁骨、肩胛骨网格示意图。

图2人体外部轮廓面网格示意图。