醫(yī)療器械研發(fā)設(shè)計(jì)中能用到的CAE仿真技術(shù)
伴隨著現(xiàn)在醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)療器械的研發(fā)已經(jīng)成為醫(yī)療領(lǐng)域的重要方向之一，也推動(dòng)著醫(yī)療器械設(shè)計(jì)創(chuàng)新不斷前行。
相比于其他行業(yè)，醫(yī)療器械設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)有著行業(yè)特定的標(biāo)準(zhǔn)和難題。醫(yī)療器械企業(yè)不僅必須解決上市時(shí)間、創(chuàng)新、降低成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等常規(guī)設(shè)計(jì)難題，還對(duì)患者安全承擔(dān)巨大責(zé)任，并且必須遵守多重極其嚴(yán)格的法規(guī)準(zhǔn)則。
而過(guò)去開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)醫(yī)療器械，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三大證據(jù)作為基礎(chǔ)：工作臺(tái)測(cè)試、動(dòng)物研究和臨床實(shí)驗(yàn)。而現(xiàn)如今，借助CAE技術(shù)，有了第四大證據(jù)支柱，CAE仿真技術(shù)能盡早提供寶貴的深度洞察信息，特別是在設(shè)備的設(shè)計(jì)和研發(fā)階段。
醫(yī)療器械CAE仿真分析是一種通過(guò)數(shù)值計(jì)算和模擬的方式，對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行虛擬的試驗(yàn)和性能相關(guān)的分析。在這個(gè)分析過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，結(jié)合醫(yī)療器械設(shè)計(jì)理論，對(duì)醫(yī)療器械的使用情況進(jìn)行仿真計(jì)算、動(dòng)態(tài)分析和性能測(cè)試。通過(guò)仿真分析，可以為器械設(shè)計(jì)與升級(jí)提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支持和驗(yàn)證。
目前熟知并應(yīng)用的醫(yī)療器械仿真分析方法包括有限元分析、計(jì)算流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)震動(dòng)分析等。根據(jù)不同的研究對(duì)象及領(lǐng)域，會(huì)采取一種或者多種分析方法進(jìn)行。下面我著重分享一下結(jié)構(gòu)震動(dòng)和流體仿真分析：
結(jié)構(gòu)震動(dòng)分析
醫(yī)療器械在使用過(guò)程中會(huì)受到各種力的作用，如振動(dòng)、沖擊等，這些力可能會(huì)導(dǎo)致醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)疲勞、失效等問(wèn)題。通過(guò)結(jié)構(gòu)震動(dòng)仿真，工程師可以預(yù)測(cè)和評(píng)估醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)性能，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。
結(jié)構(gòu)震動(dòng)仿真還可以用于解決醫(yī)療器械的潛在問(wèn)題。在醫(yī)療器械的研發(fā)過(guò)程中，可能會(huì)遇到一些難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題。通過(guò)結(jié)構(gòu)震動(dòng)仿真，工程師們可以模擬醫(yī)療器械在實(shí)際使用中的情況，從而發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決和優(yōu)化，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
流體仿真分析
流體仿真是指在計(jì)算機(jī)上模擬醫(yī)療器械中的流體流動(dòng)情況，以評(píng)估其流阻特性和流量特性。在醫(yī)療器械的研發(fā)過(guò)程中，流體仿真可以幫助工程師們預(yù)測(cè)和解決流體相關(guān)的問(wèn)題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
首先，流體仿真可以用于評(píng)估醫(yī)療器械的流阻特性和流量特性。在醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)中，流阻特性和流量特性是非常重要的一個(gè)因素。通過(guò)流體仿真，工程師們可以模擬醫(yī)療器械中的流體流動(dòng)情況，從而評(píng)估其流阻特性和流量特性。如果發(fā)現(xiàn)醫(yī)療器械在某些條件下存在流阻過(guò)大或流量不足的情況，工程師們可以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，確保產(chǎn)品的流阻特性和流量特性滿足實(shí)際需求。例如，在血液透析機(jī)中，需要對(duì)血液在管道中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬，以評(píng)估透析膜的性能和過(guò)濾效果。
其次，流體仿真還可以用于解決醫(yī)療器械的流體相關(guān)問(wèn)題。在醫(yī)療器械的研發(fā)過(guò)程中，可能會(huì)遇到一些與流體相關(guān)的問(wèn)題。通過(guò)流體仿真，工程師們可以模擬醫(yī)療器械在實(shí)際使用中的流體流動(dòng)情況，從而發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，工程師們可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決和優(yōu)化，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
根據(jù)不同的醫(yī)療器械類別研發(fā)，還會(huì)采取其他的仿真分析方法如有限元分析、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、疲勞等各種類型的仿真模擬。
CAE仿真技術(shù)除了應(yīng)用在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)和驗(yàn)證評(píng)估階段，其作用可以貫穿產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，對(duì)醫(yī)療設(shè)備生命周期進(jìn)行監(jiān)管和決策，可減少對(duì)動(dòng)物研究和工作臺(tái)測(cè)試的依賴。
未來(lái)，醫(yī)療器械行業(yè)將借助CAE仿真技術(shù)會(huì)發(fā)展越來(lái)越快，我們的醫(yī)療技術(shù)也會(huì)隨著器械的先進(jìn)而得到更大的提升。
