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、降低成本和市場競爭等常規(guī)設(shè)計(jì)難題，還對患者安全承擔(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。

而過去開發(fā)設(shè)計(jì)醫(yī)療器械，對產(chǎn)品進(jìn)行三大證據(jù)作為基礎(chǔ)：工作臺測試、動物研究和臨床實(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數(shù)值計(jì)算和模擬的方式，對醫(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，對醫(yī)療器械的使用情況進(jìn)行仿真計(jì)算、動態(tài)分析和性能測試。通過仿真分析，可以為器械設(shè)計(jì)與升級提供相關(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)震動分析等。根據(jù)不同的研究對象及領(lǐng)域，會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)震動和流體仿真分析：

結(jié)構(gòu)震動分析

醫(yī)療器械在使用過程中會受到各種力的作用，如振動、沖擊等，這些力可能會導(dǎo)致醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)疲勞、失效等問題。通過結(jié)構(gòu)震動仿真，工程師可以預(yù)測和評估醫(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)震動仿真還可以用于解決醫(yī)療器械的潛在問題。在醫(yī)療器械的研發(fā)過程中，可能會遇到一些難以預(yù)測的問題。通過結(jié)構(gòu)震動仿真，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)潛在的問題。針對這些問題，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情況，以評估其流阻特性和流量特性。在醫(yī)療器械的研發(fā)過程中，流體仿真可以幫助工程師們預(yù)測和解決流體相關(guān)的問題，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。通過流體仿真，工程師們可以模擬醫(yī)療器械中的流體流動情況，從而評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，需要對血液在管道中的流動狀態(tài)進(jìn)行模擬，以評估透析膜的性能和過濾效果。

其次，流體仿真還可以用于解決醫(yī)療器械的流體相關(guān)問題。在醫(yī)療器械的研發(fā)過程中，可能會遇到一些與流體相關(guān)的問題。通過流體仿真，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情況，從而發(fā)現(xiàn)潛在的問題。針對這些問題，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)證評估階段，其作用可以貫穿產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，對醫(yī)療設(shè)備生命周期進(jìn)行監(jiān)管和決策，可減少對動物研究和工作臺測試的依賴。

未來，醫(yī)療器械行業(yè)將借助CAE仿真技術(shù)會發(fā)展越來越快，我們的醫(yī)療技術(shù)也會隨著器械的先進(jìn)而得到更大的提升。