球囊的案例
支架植入手術中CAE仿真的應用
支架到達預定位置后，利用了血管成形術的球囊，將自身固定在動脈的堵塞部位，可以隨著球囊一起膨脹，從而卡住擴張部位。球囊放氣后取出，只留下支架支撐動脈。膨脹的支架發揮了類似于腳手架的功能，它有助于血管保持暢通，促進血液正常流動。如果支架端部的擴張程度超過中間段（這類易發生的缺陷被稱作 dogboning 效應），動脈可能遭受嚴重的損傷。另一個潛在問題是前縮，它導致支架難以放置，而且可能損傷動脈。
為了順利進行手術，并盡量減少潛在的健康危害，支架設計必須經過全面的研究和優化，CAE仿真能夠有效幫助進行支架設計的評估工作。下面元王為大家介紹支架在手術過程仿真分析。
以某支架模型為例進行分析，支架的原始直徑為 0.74 mm，擴張后，中段的直徑為 2 mm。此模型分析了管的內表面受徑向向外的壓力后，致使不銹鋼支架膨脹而產生的應力和形變。（壓力表示球囊擴張。）因為支架幾何結構具有對稱性，所以我們可以將模型的尺寸減小為原始幾何結果的1/24，從而最小化仿真的計算成本。
非線性結構力學的分析結果
首先，我們觀察一下支架在手術過程中經受的各種應力和應變。下方左圖顯示了球囊膨脹最大時支架中的應力分布，右圖為球囊放氣后支架中的殘余應力。不出所料，球囊放氣后，支架中的應力減少。
接著，分析在球囊膨脹過程中，dogboning 效應（藍色）和前縮（綠色）產生的影響與壓力之間的關系。根據繪圖，我們能夠排查出支架設計中潛在的不利因素，并優化其性能。
我們分析了當 dogboning 效應最大時管內的有效塑性應變。dogboning 效應最大時的有效塑性應變和形變，峰值約為 25％。至于回縮率參數，縱向回縮率約為 -0.9％，遠端徑向回縮率約為0.4％，中心徑向回縮率約為 0.7％。
展開 冠脈支架的壓縮與擴張過程模擬案例
冠脈支架材料為鎂合金（左列圖中紅色部分），球囊材料為聚氨酯高分子薄膜，薄膜厚度約為0.02mm（左列圖中藍色部分），左列圖紙綠色部分為球囊中間通氣的塑料管，其過程為，先將加工好的支架壓縮至球囊外側，然后在球囊內部通氣，迫使球囊在空氣壓力的作用下將折疊好的打開（球囊預先折疊好），進而將支架打開。
ANSYS-WB_心血管支架仿真案例 ￥10
1 問題描述
球囊血管成形術是一種程序，其中球囊導管裝載有凹陷的支架，并通過心血管系統到達患病的冠狀動脈。 一旦就位，球囊就會膨脹到預定的直徑，從而使球囊和支架迅速膨脹。 球囊將支架向外推，破碎并向外推動斑塊沉積物，并為血液流向缺乏營養的壁掃清道路。 這種擴張也會導致金屬支架塑性變形，提供一個桁架系統來保持動脈暢通。
FEA 能夠識別冠狀動脈支架的一些機械特性，而這些特性使用傳統的機械測試可能不容易獲得。 美國食品和藥物管理局 (FDA) 認可 FEA 的強大功能，并建議設備提交需要將模擬作為驗證工具； FEA 支架提交通常包括反沖百分比、球囊膨脹引起的最大應力和殘余應力等數據。
探索了由于球囊充氣而膨脹球囊支架組件而發生的機械響應，然后是球囊放氣。 這些步驟導致成功部署冠狀動脈支架。 本報告的最終結果包括支架的詳細 FEA，它反映了 FDA 概述的真實世界提交數據，并研究了反沖百分比、最大應力的關鍵位置、這些關鍵位置的應力大小，以及塑性變形引起的殘余應力 .
為本教程生成的模型是一個簡單的支架幾何形狀，僅為了本教程的目的而制作，并不反映最佳支架設計。
2 預分析
在預分析步驟中，我們將審查以下內容：
數學模型：我們將研究控制方程 + 邊界條件以及包含在這個復雜的非線性數學模型中的假設。
Ansys 中的數值求解過程：我們將簡要概述 Ansys 用于求解非線性問題的求解策略，包括材料非線性和接觸非線性。
預期結果的手工計算：我們將使用我們的力學直覺和數學模型知識來預測 Ansys 的預期解決方案。 我們將密切關注為獲得解析解而必須做出的其他假設。
數學模型
在這里，查看控制方程，我們必須評估通過將材料和接觸非線性添加到模型中會發生什么。
展開 3D打印在三叉神經痛穿刺治療中的應用
三叉神經痛的治療，目前主要有藥物治療、射頻熱凝、半月節球囊壓迫、立體定向放射外科和微血管減壓手術。
對于高齡或合并多種疾病不能耐受MVD手術者，大都選擇微創手術治療或藥物治療，但藥物應用時間長，效果差，部分患者選擇射頻熱凝、半月節球囊壓迫、立體定向放射外科，現在三叉神經痛半月節微球囊壓迫正逐漸成為微創治療的一種趨勢，因卵圓孔外口直徑小或者外口后傾等因素，造成卵圓孔穿刺困難。
應用3D數字化醫學研究及3D打印導板模擬三叉神經卵圓孔穿刺治療三叉神經痛，能縮短年輕醫師成長曲線，有利于臨床教學，手術操作過程時間短，使病人在治療過程中獲益。
下面就一例病人數據模擬3D下三叉神經痛卵圓孔穿刺
3D顱骨成型可以了解卵圓孔位置、大小、方向
利用3D軟件對患者術前顱底CT數據進行三維重建，打印3D頭顱顱骨模型，利用頭顱模具進行教學查房，了解卵圓孔位置、大小、穿刺方向及難易程度，并通過模具與家屬溝通，通俗易懂。
展開 
ABAQUS-醫療器械-三翼球囊折疊與血管支架壓握擴張仿真
ABAQUS-醫療器械-三翼球囊折疊與血管支架壓握擴張仿真
冠脈支架/心臟支架模型，僅供學習參考 ￥50
模型簡要描述: 5層折疊球囊，動脈斑塊，血管等。
需要指導的可以聯系。
擴張后的支架
動脈斑塊應力
血管壁應力
ABAQUS-醫療支架壓握與徑向支撐力提取
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ABAQUS-醫療器械-冠脈支架、NITI自擴張支架從建模到壓握擴張完整視頻教學（含血管）
以下為詳細操作視頻
NASA最大零壓力氣球試飛：漂浮至4.8萬米高空
除了尺寸較大外，Big 60的厚度也僅是其他氣球的一半——僅0.0004英寸（約0.01毫米），其上覆蓋球囊的塑料薄膜略小于廚房保鮮膜的厚度。目前已知，氣球漂浮在地球平流層的溫度平均在零下76華氏度（零下60℃）左右，薄膜在實驗室中的耐受溫度低至零下130華氏度（零下90℃）。
這些氣球在正式飛行前要經過3個階段的測試，包括在氣球研究與開發實驗室進行一輪質量控制測試。在測試階段，吊艙主要包含支持跟蹤、視頻和遙測等的儀器，實驗飛行要承載或懸掛1650磅（約748公斤）的有效載荷。實驗室技術專家薩拉?費舍爾表示，未來能將其有效載荷提升到大約小型四輪車的重量，而且還能為一些小型任務騰出3個鞋盒大小的空間，以完成諸如亞利桑那大學測試用于星際小衛星的新型天線等實驗。
此次測試飛行評估了Big 60的總體設計和執行科學任務的能力，未來的飛行將允許研究人員進一步測試科學儀器。
氣球發射地位于薩姆納堡，這里因地理位置的原因，讓物資運輸和實驗人員進出都很方便，且氣球飛行時能避開高密度人口居住區。
展開 光纖壓力傳感器在介入式醫療器械中的應用
心腦血管介入器械主要包括以下幾類： （1）心血管介入器械：冠脈藥物洗脫支架、 PTCA球囊擴張導管、導引導管、照影導管、導引導絲等；（2）腦血管介入器械：頸動脈支架、錐動脈支架、顱內血管支架、徽導管、微導絲、遠端保護器械、彈簧圈、液態栓塞材料等；（3）外周血管介入器械：大動脈覆膜支架、髂股動脈支架、鎖骨下動脈支架及腎動脈支架等；（4）電生理介入器械：射頻消融導管、標測導管。
最后推薦一款應用在介入式醫療器械中的光纖傳感器，由工采網從國外引進的高質量光纖壓力傳感器 - FOP-M260,FOP-M260光纖壓力傳感器是專為醫療領域涉及的小體積，高精度的傳感器。完全抗電磁干擾且對人體完全本質安全。廣泛應用于心血管科、藥物學、神經科、脊椎科、骨骼、眼科、呼吸道、肺科、腸胃科等等領域。
展開 生活中的CAE仿真設計
足球
作為FIFA長期合作伙伴，Adidas長期資助足球仿真研究，探索足球球囊在不同材料下、外表面編織材料在不同編織方向下足球受力及變形，以期研發出更加優秀的足球。
人造草皮
現代足球越來越趨向于商業化，在電視轉播的干預下，足球必須是全年全天候的。在任何天氣，裁判都必須吹響比賽開始的哨音。越來越多的足球場開始采用人造草皮，不僅方便而且保養也便宜。
荷蘭Royal TenCate是全球最大的人造草皮研發中心，北京奧運會比賽的草皮就是由該公司提供。通過對人造草皮的有限元模擬，不僅可以得出運動員在場上站立、奔跑時草皮的下陷，而且可以計算出草皮在足球撞擊之時球體彈起的高度及顆粒的飛濺。
衣服
現代衣服除了美觀的作用，質量要好，而且必須舒適。以前的服裝公司會考慮用壓力測試設備測試衣物的舒適程度，不過如今他們也開始考慮用CAE分析去提前預判了。
東洋紡（Toyobo）公司就利用CAE軟件對衣物上身后的受力狀態進行模擬，提取衣物上的接觸壓力，進而判斷衣物的舒適程度。甚至還可以計算人體在行走過程中，衣物之上產生的拉力。
鞋子
千里之行，始于足下，一雙舒適的鞋倒是必須的。
鞋子固然好看是第一位，但是對于廠商來說，如果更好地保護腳也是他們關注的重點。諸君在專賣店挑選鞋子之時，看到的可能只是鞋子樣式，花色和宣傳概念，看不到的是背后研發人員的辛苦。
實際上鞋子在上市之前都是經過嚴格的設計和實驗。通過生物力學和材料力學的深入研究，結合CAE分析，可以模擬奔跑、起跳、下落時受到的沖擊，以減緩踝關節受傷的可能性。
其實仿真還有很多好玩的事情，比如男士們每天都要的剃須刀，吉列Gillette公司會用Abaqus模擬雙層底剃須刀剃須效果，名流紳士們用的高爾夫球具等等都涉及到仿真設計。
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足球
作為FIFA長期合作伙伴，Adidas長期資助足球仿真研究，探索足球球囊在不同材料下、外表面編織材料在不同編織方向下足球受力及變形，以期研發出更加優秀的足球。
人造草皮
現代足球越來越趨向于商業化，在電視轉播的干預下，足球必須是全年全天候的。在任何天氣，裁判都必須吹響比賽開始的哨音。越來越多的足球場開始采用人造草皮，不僅方便而且保養也便宜。
荷蘭Royal TenCate是全球最大的人造草皮研發中心，北京奧運會比賽的草皮就是由該公司提供。通過對人造草皮的有限元模擬，不僅可以得出運動員在場上站立、奔跑時草皮的下陷，而且可以計算出草皮在足球撞擊之時球體彈起的高度及顆粒的飛濺。
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東洋紡（Toyobo）公司就利用CAE軟件對衣物上身后的受力狀態進行模擬，提取衣物上的接觸壓力，進而判斷衣物的舒適程度。甚至還可以計算人體在行走過程中，衣物之上產生的拉力。
鞋子
千里之行，始于足下，一雙舒適的鞋倒是必須的。
鞋子固然好看是第一位，但是對于廠商來說，如果更好地保護腳也是他們關注的重點。諸君在專賣店挑選鞋子之時，看到的可能只是鞋子樣式，花色和宣傳概念，看不到的是背后研發人員的辛苦。
實際上鞋子在上市之前都是經過嚴格的設計和實驗。通過生物力學和材料力學的深入研究，結合CAE分析，可以模擬奔跑、起跳、下落時受到的沖擊，以減緩踝關節受傷的可能性。
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微量氧分析儀測定氧氣袋含氧量中傳感器的正確使用方法
氧氣袋的原理是一導管與內囊相通，末端接鼻導管(或鼻塞)，裝有氧氣流量開關;另一導管與外囊相同，末端連接通氣球囊。使用時將氧氣袋充氣后掛于平車一側，使用中當袋內壓力降低時，擠捏充氣球囊，使外囊充氣，增加內囊壓力。氧氣袋的壓力一般在10.6kPa，也就是在0.106個標準大氣壓強，氧氣濃度在90%以上，這樣的濃度可以滿足大部分人的生理需求，提供足夠的氧氣支持呼吸和身體代謝，同時也盡量避免氧氣過濃引起的不良反應。所以氧氣袋裝的氧氣量相當于常壓下4.2升氧氣。但是，具體的氧氣濃度標準還要根據使用場景和用戶需求進行調整。比如高海拔地區和嚴重缺氧的患者可能需要更高濃度的氧氣。最好在使用氧氣袋前咨詢醫生或專業人士，了解正確的用方法和相應的濃度標準。
對于氧氣袋能夠用多久，這要根據氧氣袋的大小以及用氧的流量決定。而一般的氧氣袋結構較為簡單，使用時難以確認輸出和剩余的氧氣量，為此，提出一種帶有監測氧濃度功能的氧氣袋。通常氧含量的檢測方法有很多種，但是根據氣體標準中規定的標準檢測氧含量的方法為氧化鋯法，氧氣微量氧分析儀及電化學法氧氣微量氧分析儀。用微量氧分析儀測定氧氣袋含氧量的正確方法。
在實際測量中，樣氣壓力一般都為正壓，但樣氣中的氧是微量級的，微量氧分析儀檢測的就是ppm級別的氧含量，因此用微量氧分析儀測定氧氣袋含氧量的正確方法是氧氣袋充滿氧氣后，用螺絲夾夾住軟管。將消毒鼻導管連接到玻璃連接管上，使其與氧氣袋皮管緊密連接；打開螺絲夾，將鼻導管口對準臉頰。如果感覺到氣流，說明鼻導管通暢。也可以將鼻導管口放入裝有冷開水的杯子中。如果看到氣泡從水中逸出，說明鼻導管通暢，可以知道有多少氧氣可以從氣泡中逸出。當氧氣袋內壓力降低時，可以用手加壓，方便排氧，也可以將氧氣袋放在患者頭部下方作為枕頭，氧氣可隨患者頭部重量排出。
展開 案例25-心臟支架模擬
斑塊壁邊界條件
表面壓力載荷施加在內部斑塊壁的所有節點上，代表第一個載荷步的球囊膨脹壓力（0.1N/mm^2）和第四個載荷步的血壓（0.0133N/mm^2）。
分析和結果控制：
使用考慮大變形效應的非線性靜態分析，接觸參數優化（CNCHECK,AUTO）來實現整體接觸對的更好收斂性。
載荷步1：
在第一個載荷步，對斑塊內壁施加升高的血壓0.1N/mm^2，以引起足夠的徑向壁膨脹為之后的支架植入做準備。殺死支架接觸單元CONTA174以移除支架的影響，加載步初始子步有20步，最大子步數為20（NSUBST,20,20），血管成形術后的動脈和支架截面圖如下：
載荷步2和3：
在支架接觸單元重新激活后，載荷步2和3總共使用3個子步來允許Newton-Raphson殘余項（載荷步1中的非線性膨脹）重新平衡。
載荷步4：
在載荷步4中，血壓斜坡加載到值0.0133N/mm^2，代表平均動脈血壓（100mmHg）。在這種下降載荷下，粥狀動脈硬化的動脈塌陷在支架上。該載荷步使用200個初始子步，2000個最大子步，20個最小子步（NSUBST,200,2000,20）來獲得接觸收斂。在本載荷步中使用非線性穩定（STABILIZE,CONST,ENERGY,0.1）來幫助達到收斂。
結果和討論：
在血管成形術中和支架放置后的動脈壁變形對比如下：
動脈壁位移和組織下垂結果：
內側動脈壁的等效應力結果，可以看到預期的圖案與支架幾何相互匹配。
下圖顯示了支架在堵塞的動脈壁的壓載荷作用下的收回：
為防止數值困難，單位的選擇至關重要，對生物學問題而言，使用毫米微米量級比較好。
展開 使用 COMSOL 對慣性傳感器進行仿真
人的每只耳朵里都有一個水平放置的橢圓囊和一個垂直放置的球囊。每一個微型囊結構都包含一個懸浮的質量塊，它會刺激附著的神經對加速度作出響應。
當我們的身體突然移動時，質量塊的位移會提醒神經有跌倒的可能性。因此，我們的神經可以探測到身體的運動，即使其他感覺器官（例如眼睛或耳朵），失去了它們的參照系。表面微機械加速度計為設備和車輛提供了類似的功能。
MEMS 加速度計仿真“積木”
本文介紹的教程模型演示了如何使用 COMSOL 軟件 MEMS 模塊的機電 多物理場接口對表面微機械加速度計進行建模。該模型由三個子組件組成：質量塊、支撐質量塊的錨定彈簧和電極陣列。瀏覽下列圖片查看所有三個子組件以及完整模型。
帶有附加電極的質量塊的構建塊。
錨定彈簧的構建塊。
固定電極陣列的構建塊。
表面微加工加速度計模型的整個幾何形狀。
當器件受到加速度時，質量塊將發生位移，從而改變固定電極和移動電極之間的電容。電容的變化與加速度成正比。
施加 50 g 加速度的位移。在這個示例中，質量塊移動了大約 0.07μm。
在定義模型時，我們可以指定質量塊、彈簧和電極三個核心組件的尺寸、方向和其他屬性。還可以通過調整這些模塊化構建塊（也稱為子序列）的關鍵屬性值來測試不同的設計選項。這種模塊化支持模擬原型機和加速度計的配置和測試。
加速度計模型的模塊化“構建塊”電極陣列。
重新設計的陣列是通過調整關鍵屬性從相同的模塊化 子序列 構建出來的。
音叉陀螺儀的起伏
就像大自然為一些動物配備了加速度計一樣，另一些動物也自帶陀螺儀！家蠅、蚊子和其他飛蟲有兩個稱為 平衡棒 的附件，如下圖中鶴蠅的翅膀后面所示：
鶴蠅的俯視圖，顯示了平衡棒的位置。
展開 Biomaterials：用于介入治療先天性心臟病的房間隔缺損可降解聚合物封堵器
對豬進行房間隔穿刺和球囊擴張從而建造了房間隔缺損模型，并用封堵器對44只房間隔缺損豬進行了成功的封堵。對植入后的豬進行不同時間點的解剖隨訪顯示，3個月的時候被一層新生組織覆蓋，36個月時封堵器除頂部外已降解完全、且新生組織和周邊正常組織的力學性能和厚度已無顯著性差異。
Biodegradable ASD occluder made of PLLA and its implantation in a porcine model.
基于前期大動物實驗中封堵器顯示出的安全有效性，經倫理委員會評估批準以及病人家長同意，對一個4歲的患有房間隔缺損的男童進行了國際上第一例完全可降解房間隔缺損封堵器的介入治療。超聲心動圖顯示，植入封堵器后心臟的殘余分流顯著減少。24個月后封堵器依然正常地封堵著缺損部位，心電圖和血液檢測結果未見異常。
Global view of an as-fabricated PLLA ASD occluder and typical TTE images of the PLLA device transcutaneously implanted into a 4-year-old boy at different follow-up timepoints.
經過多個團隊十余年的合作，聚乳酸房間隔缺損封堵器進入多中心臨床試驗，在13個醫院全面展開。
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