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LS-DYNA生物醫學應用分析

LS-DYNA在生物醫學工程領域是不可或缺的角色,其中顯著的成就包括模擬膝關節植入體、人體碰撞、頭部損傷等。其中,膝關節植入體設計是一個典型案例。LS-DYNA能夠模擬植入體在各種負載條件下的行為,從而優化設計以提高其性能和耐久性。此外,也被廣泛應用於模擬軟組織行為,如韌帶、軟骨等,幫助工程師們更好地理解人體組織的行為,指導醫療器械的設計和改進。LS-DYNA在生物醫學工程領域的成功應用為醫療器械的開發提供了強大的工具和支持。

膝關節植入

膝部是腿部複雜之處,有許多動作元件。

病患特定幾何體中,可透過模擬膝關節植入體,驗證並量化專案初期的膝關節表現。(C&D=病患體重)

目標挑戰

  • 透過LS-DYNA加速設計和測試,縮短產品上市時間 。
  • 優化使用者的舒適度與安全性:順暢的鉸接,預防故障風險。
  • 驗證目標人體的完整設計,強化生物相容性 。
  • 最大化病患的植入體壽命。

(膝關節由3個元件組成:股動脈零件,塑膠嵌件和脛骨元件。目標人體的各種骨骼預期會平滑移動。)

完成效益

  • 準確模擬實際情況膝蓋移動情況。預測植入失敗骨折風險。
  • 達成複雜的多骨骼/多元件系統的進階建模 。
  • 評估骨骼/植入體介面處的滑動可能性。
  • 測試新形狀,不受限制。以及含括新材料設定條件。

藉由15分鐘MRI測試引起的局部溫度升高。稱爲驗證MRI相容性的快速且具成本效益的解決方案。

可觀察接觸區域中的應力分佈軸承和之間股動脈元件。

軟組織建模

目標挑戰

  • 預測軟組織對各種干預措施的反應。
  • 縮短開發和驗證週期減少實體測試和驗證時間。
  • 廣泛的生物材料模型(各向異性、非對稱、非線性、超彈性、速率敏感)+動態交互作用。
  • 穩健的接觸演算法(韌體、鋼體、對緣、侵蝕、捆綁…)、損壞和故障建模,提供研發見解。

分析流程

透過LS-DYNA模擬有限元素+動力一致的平滑粒子伽遼金法(SPG演算法)可得知變形風險

俯視圖(放大)

最終變形

想知道更多LS-DYNA在生醫通工程的應用,歡迎聯絡鑫威!

註:Human Body Model: Toyota (toyota.co.jp/thums/)

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