نرم افزارهای رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک

نرم افزار های رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک

نرم افزارهای رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک

کاربردی ترین نرم افزار های رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک

رشته مهندسی پزشکی از 50 سال قبل در کشورهای مختلف مطرح بوده است و در سال 1950 میلادی در آمریکا در دانشگاه جانز هاپکینز طی مذاکره ای بامؤسسه های بهداشت آمریکا و دانشگاه پنسیلوانیا وراچستر تصویب شد و در دهه 1960 به رشد قابل ملاحظه ای دست یافت و در نسل دوم دانشگاه های برکلی، استنفورد، کیس وستون دورس، ایالاتی اوهایو و ام آی تی(MIT)، آن را دایر کردند.


از جمله فعالیت های مهندسی پزشکی عبارت اند از :

1- تجهیزات پزشکی

2- ابزار دقیق پزشکی

3 -مدل سازی و شبیه سازی

4- تجزیه و تحلیل سیگنال های فیزیولوژیکی در پزشکی

5- پردازش تصاویر پزشکی

6- توانبخشی و اورتز پروتز

7-مهندسی مولکولی- سلولی و مهندسی بافت

8- مواد زیست سازگار بیومواد و تکنیکهای رهایش دارویی.

از زمان اجرای رشته مهندسی پزشکی در دنیا، با تعامل علوم مهندسی و دانش پزشکی نتایج شگفت آوری پدید آمده است وعلت سرعت پیشرفت این علم در جهان، استفاده از ابزارهایی است که ارتباط بین این علوم را فراهم می کند. این ابزارها همان نرم افزارهای تخصصی موجود، جهت دریافت اطلاعات بالینی و بیولوژیکی و تحلیل مهندسی آنها برای پیدایش نتایج قابل استناد و ساخت و طراحی دستگاه های پزشکی و وسایل کمک درمانی می باشد.

مطابق مطالب مذکور، یکی از حوضه های فعالیتی مهندسی پزشکی تحقیق و پژوهش در زمینه مدل سازی،شبیه سازی و تحلیل سامانه های بیولوژیک بدن است. ابزار مورد استفاده در این زمینه، نرم افزارها و برخی تجهیزات مهندسی می باشد.

برای تحلیل یک سیستم بیولوژیکی، ابتدا نیاز به طراحی مدل بافت یا اندام موردنظر داریم و در ادامه با شبیه سازی محیطی مطابق فاکتورهای بدن، در شرایط خاص و اختصاصی برای هر فرد به تحلیل می پردازیم.

نرم افزارهای گرایش بیومکانیک به دو دسته نرم افزارهای مدل سازی و نرم افزارهای تحلیل تقسیم بندی می شوند.

ازجمله نرم افزارهای مهم و کاربردی جهت مدل سازی می توان به نرم افزار  CATIA کتیا آموزش میمیکس اشاره کرد. و از سری SOLIDWORKS سالیدورکس نرم افزارهای تحلیل المان محدود مدل، می توان ADINA (آدینا) ABAQUS به نرم افزار آباکوس COMSUL(کامسول) ANSYS (انسیس)و… اشاره کرد.

مدل بافتها و اعضای بدن،برخلاف مدل قطعات صنعتی، شکل مشخص و منظمی ندارند، لذا برای مدل سازی دقیق آنها می توان با در اختیار داشتن فایلهای خروجی دستگاه های پزشکی MRI (Magnetic( ام آر آی ) CT-SCAN (سی تی اسکن،) DICOM (به نام فایلهای دایکام Resonance Imaging که شامل مجموعه عکسهای دوبعدی از لایه های یک عضو یا اندام می باشد، در نرم افزار میمیکس مدل سه بعدی عضو موردنظر را طراحی کرد.

نرم افزار میمیکس، ساخت شرکت متریالایز (Materialise) می باشد و یک میان افزار برای ارتباط تصاویر دریافتی از دستگاه های پزشکی مذکور جهت طراحی مدل و انتقال آن به نرم افزارهای تحلیلی است. به طور مثال هنگام طراحی ایمپلنتها و یا پلیتهای ارتوپدی برای یک عضو خاص مدل دقیق و هندسه عضو، بسیار حائز اهمیت است بایدانحناهای دقیق عضو که برای هر فرد با فرد دیگر متفاوت است، کاملا مشخص شود. لذا نیاز مبرمی به استفاده از نرم افزار میمیکس جهت مدل سازی احساس می شود.
اما بعضاً شرایط فیزیکی و محیطی اعم از نوع بار، دما، حرارت و … در تحلیل مهم بوده و هندسه از اهمیت زیادی برخوردار نیست. لذا در این حالت امکان ساده سازی مدل و طراحی آن در نرم افزارهای سالیدورک و کتیا قابل اجرا است. به طور مثال جهت تحلیل سرعت سیال خون در عروق کرونری قلب، تنها با داشتن قطر رگ و تعیین مسیر حرکت سیال، تحلیل می تواند انجام گیرد و نتایج قابل استناد از آن حاصل می شود.

برای تبدیل مدل حاصل از نرم افزار میمیکس جهت تحلیل المان محدود، در نرم افزارهای تحلیلی مذکور، یک مرحله انتقال مدل ابر نقاط از میمیکس به نرم افزار کتیا جهت القای حجم و مش بندی مدل نیاز است، چرا که انتقال خروجی نرم افزار میمیکس، جهت تحلیل، به نرم افزارهایی مانند آباکوس کار راحتی نیست. نرم افزار کتیا و سالیدورک، هر دو از نرم افزارهای قدرتمند مدلسازی قطعات پیچیده صنعتی به شمار می روند.

 

مدل سازی بافتهای بیولوژیک با نرم افزار میمیکس MIMICS

آموزش میمیکس

تعیین شرایط فیزیکی حاکم بر سیال از جمله  محل قرارگیری آن به طور مثال خون داخل عروق نیروهای خارجی وارد بر آن، سرعت و فشار سیال درهرلحظه و مشخصات سیال اعم از چگالی، ویسکوزیته،عدد رینولدز و… تحلیل را انجام می دهیم. در این نوع از تحلیل سیالات بدن، مدل سیال را مطابق رفتارسیالات ) که در هرجایی قرار بگیرند حجم ظاهری محل قرارگیری را می گیرند در نظر می گیریم.به طور مثال اگر به تحلیل مایع مغزی نخاعی در لوب مغزی می پردازیم، مدل سیال را مطابق ابعاد مدل لوب مغزی طراحی می کنیم. در این نوع از تحلیل، دیواره بافتی که سیال در آن قرار دارد را به صورت یک جسم صلب در نظر می گیریم که هیچ گونه تنشی را نمی پذیرد.

تحلیل سیال به روش اف اس آی (ّFSI)

به این معنی است که مرز بین سیال و جامد رگ خونی یا… جابجا می شود و دیگر مثل حالت قبل صلب در نظر گرفته نمی شود. در این حالت علاوه بر رفتارسیال، رفتار رگ خونی محل و بافت قرارگیری سیال مورد نظر را نیز مورد بررسی قرار می گیرد. لذا در نظرگرفتن مشخصات مکانیکی و شرایط مرزی حاکم بر آن ضروری است.

این نوع از تحلیل به واقعیت نزدیکتر است لذا در بدن انسان همه‌ی بافتها ویسکو الاستیک بوده و با زمان رفتارشان تغییر می کند، لذا چنانچه تحلیل دقیق سیالات بیولوژیکی مد نظرمان باشد، روش تحلیل اف اس آی مناسب تر است. اما همان طور کهمی دانیم گاهی صرفاً رفتار سیال مدنظر است و برای کاهش هزینه زمانی تحلیل و افزایش دقت بررسی فقط یک عامل  سیال از روش تحلیل سی اف دی استفاده می کنیم. برای تحلیل دسته دوم -تحلیل بافت های مانند استخوان، عضلات و…- همانند تحلیل سیالاتی نیاز بهتعریف خواص و مشخصات فیزیکی برای مدل مدنظر، همچنین تعیین شرایط بارگذاری و نوع بارگذاری و محل و مقدار نیروهای برآیند وارد بر مدل و کلیه شرایط مرزی مطابق شرایط مسئله مورد نظر داریم تا در نهایت نتایج به صورت تنش و کرنش و جابجایی وسایر پارامترهای مورد نظر به دست آید.

بسیاری از نرم افزارها از جمله انسیس، آباکوس،کامسول، فلوینت و …. تحلیل سیالاتی انجام می دهند و بر اساس معادلات بنیادین حاکم بر سیال و معادلات برنولی، نتایج تحلیل سی اف دی (CFD) یا اف اس آی (FSI) را مشخص می کنند. تمامی این نرم افزارها با تقسیم مدل به المانهای مش بندی کوچک و تحلیل یک سری از المانها و تعمیم نتایج به سایرالمانهای مدل بر اساس روش تحلیل المان محدود فرآیند حل را اجرایی می کنند.

نرم افزار آباکوس Abaqus

از جمله نرم افزاری های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش Finite Element Method اجزاء محدود است. این نرم افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز است. آباکوس قابلیت حل مسائل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدل سازی غیر خطی را دارا می باشد.

نرم افزار آباکوس Abaqus دارای مجموعه المانهای بسیار گسترده ای است که هر نوع هندسه ای را می توان توسط این المانها مدل کرد. همچنین دارای مدلهای رفتاری بسیار زیادی است که درمدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیکها، پلیمرها، کامپوزیتها، بتن مسلح،فومهای فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می سازد. نظر به اینکه آباکوس یک ابزار مدل سازیعمومی و گسترده است، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات یعنی مسئله تنش-کرنش نمی شود. با استفاده از نرم افزار آباکوس Abaqus می توان مسائل مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش وپیزو الکتریک را نیز مورد مطالعه قرار داد.


نویسنده: میدیا خادمی دکترای مهندسی پزشکی

منابع اطلاعاتی بیشترمنابع بیشتر مطالعه برای شما:

 

 

 

 

 

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها

ارسال رایگان سفارشات
بالاتر از 350,000 هزارتومان و زیر 9 کیلوگرم به سراسر ایرانشگفت انگیزهای امروز