Методы биомеханики

Версия для печатиВерсия для печати

Биомеханика является сложной дисциплиной, она объединяет знания из разных областей науки. Поэтому методы биомеханики можно рассматривать с разных позиций: медицинской и механической. Исходя из медицинской точки зрения, методы биомеханики – это, в первую очередь, методы диагностики, которые включают в себя клинические тесты, нахождение механических свойств изучаемого объекта, визуализацию внутренних органов, инвазивные процедуры. Клинические тесты применяются медицинскими сотрудниками при первичном осмотре. К методам визуализации относятся магнитно-резонансная томография, рентгенография, видеорентгенография и т.д. Инвазивный метод диагностики – это процедура, при которой происходит проникновение  через кожный покров с целью поставить диагноз. Наиболее часто этот метод применяют для электрофизиологического исследования сердца, двигательной функции позвоночника и генетической проверки эмбриона.

А с позиции механики – это моделирование и численные методы. Моделирование - это процесс создания модели для конкретной задачи. Он включает в себя выявление качественных особенностей изучаемого объекта, а также количественные характеристики, полученные из экспериментов.

Численные методы в биомеханике позволяют решать биомеханические задачи с позиции механики. Решение задачи сводится к выполнению конечного числа операций над числами. Среди таких методов можно выделить метод конечных элементов, метод конечных объемов, метод дискретного элемента и метод конечных разностей. Чаще всего для расчета задач в биомеханике применяется метод конечных элементов. Несмотря на сложную геометрию изучаемых объектов в биомеханике, он позволяет найти численное решение задачи. Суть метода в том, что область исследования разбивается на конечное число областей (элементов) и в каждой такой области задается аппроксимирующая функция, которая вне элемента равна нулю. При этом значения в узлах соседних элементов должны совпадать. Затем задается система линейных алгебраических уравнений. Решение системы ищется в узлах элементов.

На сегодняшний день существует множество программных пакетов, решающих задачи методом конечных элементов. Среди них можно выделить ANSYS, Abaqus, COMSOL Multiphysics, LS-DYNA, MSC. Nastran.

Категория материала: 
Оцените материал: 
Average: 5 (1 vote)