膝關節置換術後分析與植入物模擬（Knee Replacement）
一、了解膝關節置換術
人工膝關節置換術可幫助患者克服關節退化或外傷帶來的不便，經由微創手術置換膝關節，能減低對周圍軟組織的破壞並提升手術成功率，相比傳統手術，患者在微創手術後可以很快的下床行走。而人工膝關節的設計開發，也是影響術後長期使用效果的關鍵。
二、開發植入物的重重關卡
植入式醫材能夠延續人體許多器官的壽命並讓患者恢復正常生活，包含心臟血管支架、人工瓣膜、人工關節等。植入式醫材的開發除了設計上的挑戰，還有醫療監管機構的法規核准程序，這兩個階段的繁複程序讓醫材的開發往往需耗費許多時間與成本。
三、模擬協助植入物設計與術後恢復
艾索科技提供專業醫學解決方案，在本文案例中基於虛擬患者的條件設置後，使用 LS-DYNA 建立數位孿生模型，協助分析患者實際使用的效能，與是否對患者生活產生影響，並進行膝關節長期多次運動的電腦動態模擬，觀察其受力情形，增進人工膝關節開發與技術研究。
膝關節置換術後分析與植入物模擬結果：
植入手術後的功能模擬預測(左)。
高保真生醫數位孿生模型(右)。
- 植入式醫材設計工程目標與挑戰
- 醫療器械開發時間與成本高
- 解決表面植入物對患者生活品質（QoL）的影響
- 利用電腦模擬類比實驗結果
- 加速醫材監管認證
- 我們的優勢與解決方案
- 在合規條件下降低開發時間與成本
- 生醫模型庫可集成在客戶的自動工作流程中
- 大量動態模擬獲取使用數據（韌帶張力、彎曲幅度等）
- 融合產品外觀與所需功能設計，並盡可能適合多數患者使用
- 不同解剖結構關節對糖尿病的影響
- 確認植入物設計對模型運動學的影響
- 分析膝關節植入物使用時產生的材料阻力
模擬虛擬患者的術後復原品質指標(左)。
Ansys LS-DYNA 批量處理1000次模擬(右)。
LS-DYNA 顯式分析與多物理模擬軟體
Ansys LS-DYNA 是市面上功能最強大的顯式動力學軟體，能夠針對短時間內承受大載荷的部件 / 裝配體進行模擬，如：跌落測試，衝擊和穿透，粉碎和碰撞，乘員安全等應用。LS-DYNA 具有多種演算法，從有限元素法(FEM)、離散元素法(DEM)、ALE、SPG、CESE、EFG、SPH…等，能進行顯式與隱式結構分析、熱分析、流體分析、粒子分析、電磁分析等多物理分析項目，目前被廣泛地應用在汽車、航空航太、建築、軍事、製造和生物工程等行業。
