دوره Abaqus ویژه مهندسی پزشکی-آموزش آنلاین

آموزش نرم افزار Abaqus ویژه مهندسی پزشکی

از زمان پیدایش اولین تمدن ها، انسان در پی یافتن روشهای جدیدی برای بهبود کیفیت زندگی بود، بخصوص زمانی که بخشی از بدن آنها نمیتوانست عملکردی که از آن انتظار میرفت را انجام دهد. مطالعه مستقیم بدن انسان و بخشهای کاربردی آن بسیاری از شاهکارهای مهندسی را که طبیعت در طی هزاران سال آزمایش و خطا در بدن انسان ایجاد کرده، نشان داده است.

امروزه پزشکان با درک ساختارهای متلف بدن انسان، آماده تر هستند تا برای افرادی که دچار اختلال در تحرک، بیماری، نقص هنگام تولد، حوادث و موارد دیگر هستند، راه حل هایی کاربردی ارائه دهند.

در سال ۲۰۰۰ دانشمندان هنگام کشف و بررسی یک مومیایی مصری، با یک انگشت مصنوعی در آن برخورد کردند و به این ترتیب قدیمی ترین پروتز جهان کشف شد. این کشف مهم نشان از قدیمی بودن علم مهندسی پزشکی و آشنایی نسبی تمدن های اولیه با ساخت و طراحی تجهیزات پزشکی دارد.

پیشرفت در تصویربرداری پزشکی، درهای جدیدی از مهندسی را برای محققان باز کرده و امکان شبیه سازی دقیق چند بعدی بدن انسان را در اختیار گذاشته است. این یک انقلاب در مهندسی به شمار میرود، بطوری که وابستگی به ترسیمات هندسی در نرم افزارهای CAD و محیط های مرتبط با آن را شکسته است.

امروزه محققان قادرند:

– به سرعت تصاویر متداول پزشکی را بگیرند.
– آنها را مستقیماً به مش های سه بعدی تبدیل کنند.
– و برای بهینه سازی دستگاههای پزشکی، محصولات مصرفی و پروتزهای چاپی سه بعدی، مستقیماً به حلگرهایی مانند Abaqus وارد کنند.
شرکت SIMULIA با همکاری شرکت .Materialize Inc به تازگی میزبان یک سمینار و کارگاه آموزشی در سطح جهانی با عنوان “مدل سازی پیشرفته زیست پزشکی: از تصویر تا شبیه سازی” بود. در این کارگاه، روند استخراج تصاویر مهندسی پزشکی در نرم افزار Mimics و سپس تهیه مدل المان محدود در نرم افزار Abaqus مورد بررسی قرار گرفت.

مرجع: www.simulia.com

در دوره آموزش نرم افزار Abaqus ویژه مهندسی پزشکی شرکت کنندگان با سه نرم افزار بسیار مهم در شاخه مهندسی پزشکی آشنا خواهند شد:

۱- نرم افزار Mimics:

این برنامه یک ابزار پردازش تصویر قدرتمند و گرافیکی است که کاربران آن را مهندسان و پزشکان است. اختلاف هایی در درخواست های هم مهندسان و هم پزشکان از نرم افزارهایی مانند میمیکس وجود دارد. مهندسان یک جعبه ابزار باز می خواهند، در حالی که پزشکان استفاده­ای راحت و سریع می­خواهند. برای مهیا کردن خواسته های هردو، میمیکس مجهز به رابط کاربر گرافیکی (GUI)، به علاوه ابزاری قدرتمند برای آنالیز اطلاعات پیچیده است. از این رو میمیکس، جهت استفاده آسان و دارای جعبه ابزار قدرتمند برای هردوی مهندسان و پزشکان است.دبرای پردازش اطلاعات در میمیکس، مجموعه از تصاویر برشی عرضی دو بعدی که معمولا توسط تجهیزات تصویر برداری به فرمت DICOM گرفته می شود مورد نیاز است. هنگامی که دسته ی تصاویر وارد می­شوند می­توانند با استفاده از ابزار گوناگون موجود میمیکس بررسی و ویرایش شوند. کیفیت تصاویر ۳D که میمیکس مستقیما می­تواند ایجاد کند وابسته به کیفیت و فاصله عرضی تصاویر دو بعدی است.

۲- نرم افزار ۳Matic:

این نرم افزار با ترکیب ابزارهای CAD و قابلیتهای مدلسازی المان محدود، اندازه گیری و تجزیه و تحلیل دقیق سه بعدی را انجام می دهد. کار بر روی مدلهای STL، نرم افزار ۳-matic برای مدلهای ۳D که شکل مهندسی مشخصی ندارند شبیه مدل های آناتومیکی بسیار مناسب است. همچنین این نرم افزار قادر است مدل های مش بندی شده را به فرمت های مختلف CAD تبدیل کند و به این ترتیب مدلهای آناتومیکی در سایر نرم افزارها قابل باز شدن و مشاهده است. طراحی سطوح خشن، یکی دیگر از قابلیت های نرم افزار ۳Matic است. این قابلیت در طراحی بافت ها و رویه های مختلف بسیار کارآمد است.

۳- نرم افزار Abaqus جهت مدلسازی و تحلیل المان محدود

این دوره در قالب چهار مثال کاربردی و در مدت زمان ۱۲ ساعت مطرح میشود و شامل مثال های زیر میشود:

۱- مدل سازی و تحلیل اثر ضربه بر روی اندام پایین تنه (Impact) با درنظر گرفتن رفتار غیرایزوتروپیک بافت سخت و رفتار ویسکوالاستیک بافت نرم

در این مثال، ابتدا تصاویر پزشکی در برنامه Mimics در کنار هم قرار گرفته و بافت های مدنظر بصورت مجزا تفکیک میشود. سپس مدل های هندسی تفکیک شده با فرمت STL و بصورت مجزا وارد نرم افزار ۳matic شده و پس از اصلاح با فرمت مناسب به نرم افزار Abaqus وارد میشود. در نرم افزار Abaqus، پس از مونتاژ و تعریف خواص ماده، ضمن ترسیم یک ضربه زننده (Impactor) و با درنظر گرفتن شرایط مرزی و بارگذاری متناسب با مدل، فرآیند تحلیل آغاز میشود. این حل به روش دینامیکی ضمنی و در کد حلی Abaqus/Explicit و با تنظیم داده های مناسب برای زمان پایداری صورت میپذیرد.

۲- مدل سازی و تحلیل ایمپلنت در مفصل زانو (knee implant) بصورت شبه استاتیکی و بر اساس زمان تناوب

در این مثال، پس از تکفیک تصاویر پزشکی در نرم افزار Mimics و اصلاحات مدلسازی در نرم افزار ۳Matic، هندسه بخش های مختلف مفصل زانو استخراج شده و به همراه مدل های آماده ایمپلنت و پیچ، در نرم افزار Abaqus در کنار هم مونتاژ میشود. در این مثال به دلیل این که تنها اثر وزن فرد بر زانو مورد بررسی قرار میگیرد، تحلیل بصورت استاتیکی انجام میشود. اما به دلیل ماهیت مدل، از معادلات دینامیکی برای حل استفاده میشود. این روش بر اساس دامنه تناوب آزاد حداکثر سازه پایه ریزی میشود و برای حل مدل هایی از این دست بسیار کارآمد است.

۳- مدلسازی و تحلیل جریان خون در رگ (Vessels) به روش CFD و FEM

در این مثال، جریان خون در رگ بر اساس برهم کنش سازه و سیال و با ترکیب دو روش CFD و FEM مورد بررسی قرار میگیرد.

۴- مدلسازی و تحلیل حرارتی دندان در معرض گرم شدن (Tooth warming) بصورت گذرا

در این مثال، یک دندان بر اساس تصاویر پزشکی انتخاب و پس از تفکیک و استخراج از سایر بافت ها در نرم افزار های Mimics و ۳matic، تحت تاثیر شوک حرارتی قرار گرفته و اثرات مکانیکی و حرارتی آن بررسی میشود.

علاقه مندان به مباحث متنوع تر از آموزش های آنلاین، میتوانند از آرشیو آموزشی این سایت بهره مند شوند.