通過外科手術(shù)將人造骨骼植入人體內(nèi)，替代原來的生物骨骼，被認為是新科技帶了的醫(yī)療福音，但是，當這些人造骨骼在患者身體內(nèi)長期服役，受到持續(xù)十年以上的磨損、沖擊以后，它們會不會老化、變形，甚至損壞，這就不僅僅是一次外科手術(shù)的問題，通過工程仿真模擬技術(shù)，可以探尋這一問題的答案。比如，越來越多運動員由于長期勞損，需要植入人造髖關(guān)節(jié)，醫(yī)生和工程師們可以使用CAE工程仿真軟件，對從陶瓷到金屬合金的各種人造骨骼材料進行數(shù)字化仿真測試，分析預測包括磨損、沖擊和振動在內(nèi)的各種性能變化，并設計出最佳的個性化方案。

髖關(guān)節(jié)假體的機械應力

仿真軟件已經(jīng)被越來越多用于各種醫(yī)療器械的設計開發(fā)，以確保醫(yī)療設備的安全使用，有助于提高醫(yī)療設備的可靠性，包括那些需要組裝的設備。

然而，對于涉及到人造髖關(guān)節(jié)的外科醫(yī)生來說，仿真可以集中在人造股骨頭和它所占據(jù)的腔體的微觀分離上。在長期連續(xù)使用時，該結(jié)構(gòu)可能導致沖擊，增加人造骨骼的磨損。

髖關(guān)節(jié)假肢極端負荷的仿真模擬測試

首先，人體骨骼的特點在于其形狀的復雜性和不規(guī)則性，難以用確切的數(shù)學方程進行描述，使用仿真軟件對骨骼和肌肉的三維幾何和材料參數(shù)進行數(shù)字化建模，研究包括在極端意外載荷下模擬人造骨骼的運動和受力。比如，模擬在9ms內(nèi)的瞬間，骨骼受到9千牛頓沖擊力后的影響。如果患者從一個很高的高度墜落，如一段樓梯，就會看到類似的負荷狀態(tài)。仿真計算結(jié)果，準確地預測了接觸區(qū)域和股骨頭與腔體的分離。

其次，仿真軟件能夠預測人造骨骼在意外事故中的變形和結(jié)構(gòu)損傷，這一結(jié)果可以用來優(yōu)化人造骨骼的設計結(jié)構(gòu)，增強其對抗意外負荷的抵抗力，保證其能夠長期在人體內(nèi)正常工作。

仿真技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)中的應用前景廣闊

過去幾十年，仿真軟件已經(jīng)證明了它在汽車、航空航天、能源和電子行業(yè)的巨大價值。現(xiàn)在，許多其他行業(yè)正在利用虛擬原型技術(shù)，革新傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計，因為，大家看到了仿真技術(shù)，能夠精確預測產(chǎn)品性能、探索提升品質(zhì)、以及加速技術(shù)創(chuàng)新的可能性。

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，人口老齡化和平均壽命的延長，人們越來越重視身體健康，醫(yī)療行業(yè)是一個消費不斷升級的領(lǐng)域。更新的治療手段或康復技術(shù)層出不窮，比如人造骨骼、精準靶向藥物、無傷檢測等，仿真技術(shù)能夠幫助醫(yī)生和工程師，在更短的時間內(nèi)以合理的成本為每位患者提供最佳解決方案。