电子镇痛仪电信号传导机制模型建立与分析

目的:分析电子镇痛仪电流信号在手臂肌肉内的信号传导情况,为电刺激镇痛提供理论依据。方法:结合人体解剖学与组织结构学,在COMSOL Multiphysics 5.5有限元仿真软件中,利用圆台、圆柱、椭球为几何实体,建立电子镇痛仪数值仿真有限元模型。在频域环境下,通过注入载波信号分别为100 kHz、1 MHz、10 MHz,幅度为±20 mA的电流信号,以此分析信号在手臂中的传播机制。结果:随着载波频率的不断增加,集肤效应越来越明显,信号在电极接触处皮肤部分越来越集中,容积导体内部的扩散性也将失去一致性。在100 kHz时,随着离电极中心的通信距离逐渐增加,信号在手臂内部信号扩散变得越来越均匀。结论:在电子镇痛仪实施肌肉酸痛治疗过程中,通信频率越高,信号越难以进入机体内部,信号一致性越差。因此,在实施电流镇痛过程中,信号电极应尽量布置在镇痛靶向区域附近。     

电针理疗电传导机制建模与分析

目的:为了有效分析电针治疗肌无力过程中,信号在机体内的扩散情况,提高信号阵列对于机体刺激的效果。方法:以中国数字人右手手臂影像数据集为数据基础,研发出用于分析电针理疗效果的有限元仿真几何结构模型。将模型导入到有限元仿真软件中,通过有限元建模的方法,建立电针理疗电信号传导理论模型,向电针的正负两极分别注入载波频率为1、2、5 kHz,幅度为±20 mA与-5 mA的电流信号,以此分析信号在手臂中的传播机制。结果:仿真分析发现,在正极附近产生最大为10 V的耦合电压,该电压对人体几乎是无害的,同时在正极周围会形成一个约1 cm半径的作用区域,该区域即为理疗的作用区域。同时通过分析手臂内轴线上的电势与电流分布发现,由于组织阻抗受频率增大的影响,组织电容效应越来越明显,耦合电势逐渐减小,但理疗关键因素的电流分布几乎不会受到影响。结论:刺激频率的增大会降低耦合电势且治疗效果不会受到任何影响,因此在后期治疗中,可以通过增加频率来降低耦合电势对人体的伤害。     

基于数字手臂的冲击力扩散机制建模与分析

目的：分析在爆炸冲击与侧向瞬时倾倒时,人体手臂内部的损伤效应。方法：以中国数字人中肩部到指尖的727张影像数据作为数据基础,经过组织分割、三维建模以及逆抄数的方式获得组织结构几何实体,在COMSOL Multiphysics 5.5有限元仿真软件中建立人体前臂损伤机制模型,通过在载荷面加载1.4×10⁶N/m²的冲击力,响应时间2×10^-5s,以此分析前臂受到应力时的冲击力扩散机制。结果：通过建模分析发现,由于皮肤、脂肪、肌肉是粘弹性组织,当机体受到应力冲击时,应力会通过变形的方式将能量释放出来,在应力冲击下这些组织损伤并不明显。然而,由于骨骼是刚性组织,外界施加的能量在此处没法转化成位移消散,从而导致在骨骼处会有大量能量蓄积,骨骼处的应力张量最大。当应力张量超过骨骼最大承受值时,就会引起骨折来进行能量转移。结论：在应力冲击中,由于粘弹性组织可以将应力能量转化成位移来实现能量消散,而刚性组织无法实现,从而导致在应力冲击中,骨骼的损伤是非常明显的。