你知道吗？现在的有限元分析技术已经可以构建一个高保真的活心人体多物理模型了，可以将医疗设备插入模型中，以研究它们对心脏功能的影响，验证其功效并预测其在各种操作条件下的可靠性，对研究心脏缺陷和疾病状态，并探索治疗方案具有巨大帮助。利用现有有限元软件日趋强大和完善的建模功能及其接口工具，可以拟实建立三维人体骨骼、肌肉、血管等器官组织，并模拟其生物力学材料特性。可以模拟各种类型的边界条件和载荷约束（几何约束、固定载荷、冲击载荷、温度特性等)，进行结构静力学、动力学、疲劳、流体力学等各种类型的仿真模拟，从而获得在不同虚拟实验条件下任意部位的变形、应力/应变分布、内部能量变化、流动特性以及极限破坏预测等特性。医院做过股骨骨折有限元分析，分析股骨及三种内固定模型的最大Mises应力。图（1）股骨骨折分析医疗器械尤其是骨折固定器，对力学性能的要求非常严格。以骨折内固定用的接骨板为例，板上的钢钉安装孔容易造成应力集中，导致接骨板断裂。同时，接骨板又不能做得过于坚硬，否则会对愈合骨产生强大的应力遮挡作用，影响骨愈合。而有限元法的出现有效解决了上述问题,通过有限元计算，能够显示固定结构的应力、应变和位移分布，使设计者了解其力学特性，发现结构强度或刚度的薄弱点，从而改进和优化设计，以满足医疗器械的力学性能要求。复杂如人脑、心脏，小到注射器、药丸包装，CAE仿真在生物医学工程领域发挥着越来越大的作用！图（2）颅面骨、颌骨仿真分析图（3）脑积水病人脑部应力和速度场分布分析图（4）心脏的流固耦合分析图（5）肺部气流分析图（6）血液流动现象分析图（7）膝关节半月板模拟分析图（8）足部骨骼及韧带仿真分析图（9）注射器力响应密封性分析图（10）药丸的封装、解封分析人类系统复杂而精密，而现代生物医学工程是综合生物学、医学和工程学(包括计算机科学、信息科学)的边缘学科，属于高科技领域。其研究领域不仅涉及到人体骨骼结构、血液流动等生命科学，还涉及到医疗设备、电子仪器等电子、机械科学领域。随着计算机计算能力的提高和数值计算技术的进步，生物医学工程领域也逐渐应用有限单元法进行设计和分析，CAE分析的作用日渐凸显。无法实测的场景，昂贵的试验费用等，其实都限制了生物医疗领域的深入研究与发展。而CAE仿真分析技术的应用很大程度上弥补了这种局限性，降低了对物理实测的依赖，其可重复性、高效率和通用性也显示出极大的优势，提高测试效率，节省了医疗器械开发时间和成本，提升产品可靠性。
来源：有限元科技
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