CN108334730A - 一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，本发明涉及基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法。本发明的目的是为了解决现有的人体髋部模型不能够兼顾细化的人体结构和有限元仿真实现，而提出一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法。一、人体髋部图像数据获取；二、人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；三、建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；四、确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；五、为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；六、实现人体髋部模型的力学仿真。本发明用于生物医学工程领域。

Description

一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法

技术领域

本发明涉及基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法。

背景技术

由于人体髋部的重要性和易损伤性使得针对人体髋部的研究越来越重要。在对人体髋部的研究中比如对人体髋部的手术培训、大腿假肢接受腔的研究和汽车对人体髋部碰撞的研究等方面的传统方法是利用尸体或者模型进行试验。但由于尸体数量的有限性以及尸体使用的不可重复性导致了以上所述培训和研究的机会少、成本高、周期长。同时由于尸体和活体中的人体组织的生物力学特性存在差异导致了通过对尸体的研究得到的研究成果与实际情况不可避免的存在差异。随着软件技术和硬件技术的发展，数字医学和人体生物力学的发展进入快车道，使得虚拟手术系统和人体组织有限元分析应运而生。通过计算机仿真技术对人体力学特性进行高度接近真实的模拟分析可以有效解决以上问题。

人体髋部有限元模型研究中，模型主要分为只包含关节骨的仿真模型、包含骨骼和简化的肌肉模型、包含骨骼与肌肉的几何模型。有限元模拟人体髋部力学特性的方式主要包括质点-弹簧模型、各向同性线弹性模型和非线性模型。目前的人体下肢模型研究体现出一些特征，比如：依据不同的模型用途，所建立的模型的精细程度、建模方式、建模层次、所附材质都会不同。一般情况下，只涉及几何模型和模型可视化的，所建立的模型可以更加细致一些；如果是建立有限元模型，由于有限元计算对模型的要求，所建立的模型在建模过程中经常会被简化。

尽管已有的人体髋部或者下肢模型，已经向更加细致的表达人体解剖学结构的方向发展，但由于髋部组织解剖结构的复杂性、几何形态的不规则性、组织间接触的复杂性和有限元计算的限制，仍然存在一些需要解决的问题：一是模型能够更加细致的反应髋部的解剖学结构；二是基于复杂结构建立的人体下肢模型能够有利于实现有限元仿真计算。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的人体髋部模型不能够兼顾细化的人体结构和有限元仿真计算，而提出一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法。

一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法按以下步骤实现：

步骤一、人体髋部图像数据获取；

步骤二、在人体髋部图像数据获取的基础上，进行人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；

步骤三、在人体髋部几何模型基础上，建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；

步骤四、在人体髋部装配模型基础上，确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；

步骤五、在人体髋部模型网格划分基础上，为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；

步骤六、在人体髋部模型附材质的基础上，实现人体髋部模型的力学仿真。

本发明的有益效果为：

人体髋部组织解剖结构是极其复杂的，包括皮肤、13块肌肉、脂肪、关节软骨、股骨、髋骨。由于目前有限元分析技术的限制，模型所含的组织数量和种类越多、结构越复杂、形状越不规则使得模型间的接触设置、边界条件的设置和网格划分越复杂直接导致了有限元分析结果的不准确甚至是分析结果不收敛。因此最主要的问题是如何建立一个既能客观反映人体髋部真实解剖结构及其生物力学行为又能满足有限元分析要求的模型。

与以往不同的是，本发明将软组织根据其生理解剖结构、功能以及各自的生物力学特性更详细的划分为皮肤、脂肪和四个肌肉群，分别建立皮肤有限元模型、脂肪有限元模型和四个肌肉群有限元模型，同时添加骨、软骨和肌腱模型，最终建立一个既能更加真实地呈现人体髋部生理解剖结构及其生物力学特性，又能满足有限元分析要求的有限元模型。该模型能够用于实现人体髋部有限元仿真，仿真一次的时间小于等于10分钟，同时通过将仿真结果与一系列大腿动态三点弯曲实验结果进行对比，证明了模型的精确性。

发明的用途：

(1)通过构建人体髋部模型，该模型能作为一个仿真试验平台，用于各种适应人体生物力学要求的康复器具的评价和优化设计。

(2)通过构建人体髋部模型，该模型能作为一个仿真试验平台，模拟各种生物力学实验，给出数据信息，指导医生临床操作。

(3)可以利用计算机中建立的仿真模型进行多次重复试验研究，不需要真实的生物学试验，节省时间，提高效率，节省费用，避免人道主义的争议。

(4)利用人体髋部模型，结合残肢-假肢接受腔有限元模型，通过进行假肢接受腔对残肢的应力仿真分析，得到假肢接受腔内硅胶垫的最佳弹性模量值。

(5)利用人体髋部模型，以长筒丝袜对人体下肢压力舒适性为研究目标，分析人体下肢在穿着长筒丝袜时的应力和变形量的分布状态和量化值，为丝袜的设计提供量化参考。

发明的特色之处：

(1)建立了包括髋骨、股骨、关节软骨、肌腱、皮肤、脂肪和四个肌肉群的几何模型，该模型从几何建模的角度更加细致的反应了髋部的解剖学结构。

(2)髋部模型的材料性能设置包括皮质骨(分段线性材料模型)、松质骨(分段线性材料模型)、关节软骨(线弹性材料模型)、肌肉和脂肪(粘弹性材料模型)、皮肤(线弹性材料模型)，提高了下肢模型材料性能设置的复杂度和精确性；

(3)复杂的几何模型与生物力学模型能够在视觉和数值分析结果两个方面带来更加理想的仿真效果，同时基于肌肉群的下肢模型，能够有效降低组织间的复杂度，有利于实现有限元计算，提高仿真分析的效率。

(4)通过生物力学实验，验证了仿真模型的精确性，该模型可以应用于残肢-假体接受腔仿真和丝袜舒适度仿真，为康复器械设计和丝袜设计提供设计依据。

通过对比仿真结果和实验数据可以得出：基于肌肉群的人体髋部有限元模型能精确模拟人体髋部生物力学特性，有限元仿真程序可行，且完成一次仿真时间小于等于10分钟。

附图说明

图1a为臀部肌肉群示意图；

图1b为肌肉前群示意图；

图1c为肌肉内侧群示意图；

图1d为肌肉后群示意图；

图2为人体髋部组织有限元模型剖视图；

图3为实验有限元模型示意图；

图4为仿真环境下的载荷与约束；

图5为力-位移曲线(远心端1/3处加载)示意图；

图6弯矩-位移曲线(远心端1/3处加载)示意图；

图7大腿中部弯曲实验验证力-位移曲线示意图；

图8大腿中部弯曲实验验证弯矩-位移曲线示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、人体髋部图像数据获取；

步骤二、在人体髋部图像数据获取的基础上，进行人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；

步骤三、在人体髋部几何模型基础上，建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；

步骤四、在人体髋部装配模型基础上，确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；

步骤五、在人体髋部模型网格划分基础上，为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；

步骤六、在人体髋部模型附材质的基础上，实现人体髋部模型的力学仿真。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中人体髋部图像数据获取；具体过程为：

图像数据来源于实验室成员，女，26岁，身高：170cm，体重：62kg，身体状况良好，无下肢骨折或肌肉损伤等病史。CT数据在中国人民解放军第二一一医院进行采集，MRI数据在哈尔滨医科大学附属第一医院进行采集。CT图像扫描参数：轴位连续断层扫描，电压140.0KV，电流180mA，层厚1mm，矩阵512×512，视野FOV 18cm，共采集700张图像。MRI图像扫描参数：轴位扫描，T2加权自旋回波序列，重复时间(TR)566.7ms，回波时间(TE)10.6ms，矩阵512×512，层厚3mm，视野(FOV)17cm，共采集182张图像。CT图像数据主要用于骨骼和下肢整体外形结构的建模，MRI图像数据主要用于软组织建模。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中在人体髋部图像数据获取的基础上，进行人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；具体过程为：

利用图像数据生成骨组织(股骨和髋骨)和软组织的三维几何模型。首先对医学图像进行图像分割，图像分割按照阈值分割、区域增长、蒙版编辑三个步骤进行；

通过选择不同的灰度值区间实现目标组织分离就是阈值分割；

经过初步阈值分割后的蒙板上具有相同灰度值区间的组织同时显示出来，为了将这些具有相同的灰度值区间的不同组织进行分离，我们进行进一步的详细分割去除蒙板中的噪点从而将相互不连接的单独区域区分开并生成表达之前灰度值区间中的某一组织的新蒙板，经过区域增长我们实现了相同灰度值区间内不同组织的分离；

最后对蒙板进行修缘、擦除、补充等操作实现蒙版编辑；

对蒙版编辑过的模型进行光滑处理；

对编辑过的模型进行三角面片的缩减；

对模型表面的三角面片进行检测，将检测出的自相交的三角面片和尖状物删除；

对模型表面的空洞进行填充；

提取模型的轮廓线；

完成模型的栅格构造；

对模型进行曲面拟合最终生成三维几何模型。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中在人体髋部几何模型基础上，建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；具体过程为：

根据各个肌肉组织的功能将肌肉组织划分为四个肌肉群，分别为：肌肉前群(包括缝匠肌、股四头肌、股二头肌)如图1a所示、肌肉后群(包括半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌)如图1b所示、肌肉内侧群(长收肌、短收肌、大收肌)如图1c所示和肌肉臀部群(臀大肌、臀中肌、臀小肌)如图1d所示。肌肉前群主要功能为屈髋伸膝，肌肉后群主要功能为伸髋屈膝，肌肉内侧群主要功能为内收外旋髋关节，肌肉臀部群主要功能为伸髋关节、外展髋关节；

将缝匠肌、股四头肌、股二头肌的几何模型合并为肌肉前群模型，对模型表面进行优化处理；

将半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌的几何模型合并为肌肉后群模型，对模型表面进行优化处理；

将长收肌、短收肌、大收肌的几何模型合并为肌肉内侧群模型，对模型表面进行优化处理；

将臀大肌、臀中肌、臀小肌的几何模型合并为肌肉臀部群模型，对模型表面进行优化处理；

将髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、肌肉前群、肌肉后群、肌肉内侧群、肌肉臀部群的几何模型按照生理学位置实施装配；

将装配体与整体髋部几何模型进行求差操作，去除装配体，剩下的求差体就是皮肤和脂肪的几何模型；

将整个髋部几何模型最外面1mm的厚度定义为皮肤模型；

肌肉与骨骼通过肌腱连接，用线单元来模拟肌腱。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤四中在人体髋部装配模型基础上，确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；具体过程为：

选用四面体网格作为所有组织的网格单元形状；

髋骨皮质骨、股骨皮质骨和皮肤选用壳单元模拟；

髋骨松质骨、股骨松质骨、肌肉群、脂肪选用体单元模拟；

组织间采用共节点接触；

网格划分参数：扭曲度小于29、雅克比大于0.6、翘曲率小于7、长宽比小于58、最大内角大于30度、最小内角小于150度；

该模型共包括14440个节点和72962个四面体单元如图2所示；

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述步骤五中在人体髋部模型网格划分基础上，为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；具体过程为：

将髋骨皮质骨厚度和股骨皮质骨厚度设置为2mm；

髋骨和股骨的皮质骨采用分段线性材料模型，松质骨采用分段线性材料模型，关节软骨选用线弹性材料模型；

关节软骨材料参数设置为：弹性模量10Mpa、泊松比0.4；

股骨、髋骨的材料参数：股骨干皮质骨：密度2000kg/m3，泊松比0.3，弹性模量17.3GPa，屈服应力54.5MPa，极限应变1.6％。股骨干松质质骨：密度861.5kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.04GPa，屈服应力13.3MPa，极限应变13.4％。股骨两端皮质骨：密度2000kg/m3，泊松比0.3，弹性模量17.3GPa，屈服应力34.5MPa，极限应变2.8％。股骨两端松质骨：密度861.5kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.16GPa，屈服应力29.0MPa，极限应变20.0％。髋骨皮质骨：密度1900kg/m3，泊松比0.3，弹性模量15GPa，屈服应力50.0MPa，极限应变1.5％。髋骨松质骨：密度750kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.10GPa，屈服应力31.5MPa，极限应变15.5％。

肌肉和脂肪设置为粘弹性材料模型，设置为体单元模拟。肌肉、脂肪材料参数为：肌肉：密度1600kg/m3，体积模量19MPa，短期剪切模量0.22MPa，长期剪切模量0.095MPa，衰减系数100s^-1。脂肪：密度1000kg/m3，体积模量20MPa，短期剪切模量0.12MPa，长期剪切模量0.04MPa，衰减系数100s^-1。

皮肤选用线弹性材料模型并用壳单元模拟，皮肤的弹性模量设置为1Mpa。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述步骤六中在人体髋部模型附材质的基础上，实现人体髋部模型的力学仿真；具体过程为：

在建立的人体髋部有限元模型的基础上，根据实验的装置和条件建立仿真模型，在仿真环境中，载荷和约束设置与生物力学实验保持一致，进行仿真，提取结果曲线。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

本实施例一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法具体是按照以下步骤制备的：

在建立的人体髋部有限元模型的基础上，根据实验的装置和条件建立弯曲实验仿真模型，如图3所示。Kerrigan等人利用12具尸体进行了12次实验，其中六次载荷位置为大腿远心端1/3处，其余六次载荷位置为大腿中部，载荷的方向均设置为L-M(大腿外侧向内侧)方向。在仿真环境中，载荷和约束设置与生物力学实验保持一致如图4所示，具体参数如表1所示；

当在大腿远心端1/3处加载仿真过程中，软组织首先产生变形，变形量越来越大，这个阶段股骨变形量较小，当加载到一定位移后，股骨开始变形，直到模型失效股骨骨折。力-位移曲线和弯矩-位移曲线分别如图5和图6所示；

大腿中部加载的仿真结果，冲击块撞击大腿中部直至模型失效，力-位移曲线和弯矩-位移曲线分别如图分别如图7和图8所示。

表1实验参数设置

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、人体髋部图像数据获取；

步骤二、在人体髋部图像数据获取的基础上，进行人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；

步骤三、在人体髋部几何模型基础上，建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；

步骤四、在人体髋部装配模型基础上，确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；

步骤五、在人体髋部模型网格划分基础上，为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；

步骤六、在人体髋部模型附材质的基础上，实现人体髋部模型的力学仿真。

2.根据权利要求1所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤一中人体髋部图像数据获取；具体过程为：

图像数据来源于实验室成员，女，26岁，身高：170cm，体重：62kg，身体状况良好，无下肢骨折或肌肉损伤等病史。CT图像扫描参数：轴位连续断层扫描，电压140.0KV，电流180mA，层厚1mm，矩阵512×512，视野FOV 18cm，共采集700张图像。MRI图像扫描参数：轴位扫描，T2加权自旋回波序列，重复时间(TR)566.7ms，回波时间(TE)10.6ms，矩阵512×512，层厚3mm，视野(FOV)17cm，共采集182张图像。CT图像数据主要用于骨骼和下肢整体外形结构的建模，MRI图像数据主要用于软组织建模。

3.根据权利要求2所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤二中在人体髋部图像数据获取的基础上，进行人体髋部几何建模，包括髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、缝匠肌、股四头肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、长收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整个髋部的几何三维重建；具体过程为：

利用图像数据生成骨组织(股骨和髋骨)和软组织的三维几何模型。首先对医学图像进行图像分割，图像分割按照阈值分割、区域增长、蒙版编辑三个步骤进行；

通过选择不同的灰度值区间实现目标组织分离就是阈值分割；

经过初步阈值分割后的蒙板上具有相同灰度值区间的组织同时显示出来，为了将这些具有相同的灰度值区间的不同组织进行分离，我们进行进一步的详细分割，去除蒙板中的噪点，从而将相互不连接的单独区域区分开并生成表达之前灰度值区间中的某一组织的新蒙板，经过区域增长我们实现了相同灰度值区间内不同组织的分离；

最后对蒙板进行修缘、擦除、补充等操作实现蒙版编辑；

对蒙版编辑过的模型进行光滑处理；

对编辑过的模型进行三角面片的缩减；

对模型表面的三角面片进行检测，将检测出的自相交的三角面片和尖状物删除；

对模型表面的空洞进行填充；

提取模型的轮廓线；

完成模型的栅格构造；

对模型进行曲面拟合最终生成三维几何模型。

4.根据权利要求3所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤三中在人体髋部几何模型基础上，建立肌肉群模型，对髋骨、股骨、关节软骨、肌肉群、整个髋部实施模型装配，建立脂肪和皮肤模型，添加肌腱；具体过程为：

根据各个肌肉组织的功能将肌肉组织划分为四个肌肉群，分别为：肌肉前群(包括缝匠肌、股四头肌、股二头肌)、肌肉后群(包括半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌)、肌肉内侧群(长收肌、短收肌、大收肌)和肌肉臀部群(臀大肌、臀中肌、臀小肌)。肌肉前群主要功能为屈髋伸膝，肌肉后群主要功能为伸髋屈膝，肌肉内侧群主要功能为内收外旋髋关节，肌肉臀部群主要功能为伸髋关节、外展髋关节；

将缝匠肌、股四头肌、股二头肌的几何模型合并为肌肉前群模型，对模型表面进行优化处理；

将半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌的几何模型合并为肌肉后群模型，对模型表面进行优化处理；

将长收肌、短收肌、大收肌的几何模型合并为肌肉内侧群模型，对模型表面进行优化处理；

将臀大肌、臀中肌、臀小肌的几何模型合并为肌肉臀部群模型，对模型表面进行优化处理；

将髋骨(皮质骨与松质骨)、股骨(皮质骨与松质骨)、关节软骨、肌肉前群、肌肉后群、肌肉内侧群、肌肉臀部群的几何模型按照生理学位置实施装配；

将装配体与整体髋部几何模型进行求差操作，去除装配体，剩下的求差体就是皮肤和脂肪的几何模型；

将整个髋部几何模型最外面1mm的厚度定义为皮肤模型；

肌肉与骨骼通过肌腱连接，用线单元来模拟肌腱。

5.根据权利要求4所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤四中在人体髋部装配模型基础上，确定网格划分参数，确定组织间接触关系，实施几何模型的网格划分；具体过程为：

选用四面体网格作为所有组织的网格单元形状；

髋骨皮质骨、股骨皮质骨和皮肤选用壳单元模拟；

髋骨松质骨、股骨松质骨、肌肉群、脂肪选用体单元模拟；

组织间采用共节点接触；

网格划分参数：扭曲度小于29、雅克比大于0.6、翘曲率小于7、长宽比小于58、最大内角大于30度、最小内角小于150度；

该模型共包括14440个节点和72962个四面体单元。

6.根据权利要求5所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤五中在人体髋部模型网格划分基础上，为人体髋部模型各部分结构附材质，确定材料参数；具体过程为：

将髋骨皮质骨厚度和股骨皮质骨厚度设置为2mm；

髋骨和股骨的皮质骨采用分段线性材料模型，松质骨采用分段线性材料模型，关节软骨选用线弹性材料模型；

关节软骨材料参数设置为：弹性模量10Mpa、泊松比0.4；

股骨、髋骨的材料参数：股骨干皮质骨：密度2000kg/m3，泊松比0.3，弹性模量17.3GPa，屈服应力54.5MPa，极限应变1.6％。股骨干松质质骨：密度861.5kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.04GPa，屈服应力13.3MPa，极限应变13.4％。股骨两端皮质骨：密度2000kg/m3，泊松比0.3，弹性模量17.3GPa，屈服应力34.5MPa，极限应变2.8％。股骨两端松质骨：密度861.5kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.16GPa，屈服应力29.0MPa，极限应变20.0％。髋骨皮质骨：密度1900kg/m3，泊松比0.3，弹性模量15GPa，屈服应力50.0MPa，极限应变1.5％。髋骨松质骨：密度750kg/m3，泊松比0.3，弹性模量0.10GPa，屈服应力31.5MPa，极限应变15.5％。

肌肉和脂肪设置为粘弹性材料模型，设置为体单元模拟。肌肉、脂肪材料参数为：肌肉：密度1600kg/m3，体积模量19MPa，短期剪切模量0.22MPa，长期剪切模量0.095MPa，衰减系数100s^-1。脂肪：密度1000kg/m3，体积模量20MPa，短期剪切模量0.12MPa，长期剪切模量0.04MPa，衰减系数100s^-1。

皮肤选用线弹性材料模型并用壳单元模拟，皮肤的弹性模量设置为1Mpa。

7.根据权利要求6所述一种基于肌肉群的人体髋部建模与仿真方法，其特征在于：所述步骤六中在人体髋部模型附材质的基础上，实现人体髋部模型的力学仿真；具体过程为：

在建立的人体髋部有限元模型的基础上，根据实验的装置和条件建立仿真模型，在仿真环境中，载荷和约束设置与生物力学实验保持一致，进行仿真，提取结果曲线。

所述人体髋部模型包括三维几何模型、网格划分、生物力学模型、仿真模型及参数。