Chấn thương thể thao, đau lưng, hẹp cột sống, vỡ đĩa đệm, chấn thương tay và chấn thương chỉnh hình là một số tình trạng cơ xương khớp phổ biến nhất có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi. Cơn đau và sự khó chịu liên quan đến tình trạng cơ xương khớp có thể ngăn chúng ta làm nhiều việc - ảnh hưởng mạnh mẽ đến chất lượng cuộc sống. Phẫu thuật chỉnh hình được thực hiện trong trường hợp chấn thương nghiêm trọng và bệnh lý của cấu trúc xương hoặc khớp. Một tỷ lệ nhất định của các ca phẫu thuật này sẽ gây ra các biến chứng đòi hỏi một hoặc nhiều ca phẫu thuật khác, được gọi là chỉnh hình. Tại Hoa Kỳ, vào năm 2012, chi phí cho các ca phẫu thuật chỉnh hình thay thế đầu gối có thể lên đến 2,7 tỷ đô la (nguồn: PMID 23239930). Phân tích cơ chế sinh học của cơ thể và tương tác cấy ghép xương của mỗi người là rất quan trọng trong việc giảm các biến chứng của nguyên nhân cơ học (số lượng hoặc kích thước của cấy ghép, thời gian phẫu thuật, mức độ cắt xương, v.v.). Mô phỏng số là một công nghệ tiên tiến giúp ta có thể hiểu và dự đoán các biến dạng và nguy cơ gãy xương của mô sinh học khi chịu tác động của ngoại lực. Công nghệ này đang trong quá trình được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận, giám sát để thiết kế và phê duyệt các thiết bị y tế.
Các kỹ thuật phẫu thuật hiện đang trải qua một sự thay đổi lớn, vì y học cá nhân hóa đang trở thành tiêu chuẩn chăm sóc cho con người. Phẫu thuật chỉnh hình tương tự việc cấy ghép xương với hình dạng và đặc điểm được cá nhân hóa cho mỗi bệnh nhân. Mô phỏng cơ sinh học sử dụng các mô hình được xác thực và một quy trình được chứng nhận có vai trò chính trong việc cho phép cấy ghép để cải thiện kết quả của bệnh nhân.
Cung cấp dịch vụ thiết kế, CAD và mô phỏng áp dụng cho một số ngành công nghiệp, công ty khởi nghiệp Philomec của Canada chuyên về dịch vụ kỹ thuật cơ khí giúp các công ty thiết kế và tối ưu hóa sản phẩm của họ bằng mô phỏng FEM cơ học và cơ sinh học. Họ tập hợp các kỹ sư nghiên cứu có chuyên môn về mô phỏng cơ học sinh học đẳng cấp thế giới. Philomec đã phát triển một loạt các mô hình thẩm định xương khớp của con người được sử dụng để giảm chi phí và tăng tốc thiết kế của cấy ghép chỉnh hình.
Việc họ tạo ra các mô hình cơ sinh học được tùy chỉnh, thẩm định và phân tích kết quả mô phỏng của các chuyên gia cho phép các bác sĩ phẫu thuật chọn mô hình cấy ghép và điều chỉnh phẫu thuật cho một bệnh nhân cụ thể, giúp làm giảm số lượng cấy ghép, cũng như nguy cơ biến chứng. Các nhà thiết kế cấy ghép cũng có thể tối ưu hóa hình học sản phẩm của họ nhanh hơn và tiết kiệm hơn so với các kỹ thuật thiết kế thông thường.
"Nhóm hỗ trợ khách hàng của Altair đã giúp chúng tôi có thể sử dụng vật liệu một cách có kiểm soát, phù hợp và ổn định với mô hình cơ khớp. Chúng rất hữu ích trong việc tìm giải pháp cho các vấn đề không điển hình. Chúng tôi đánh giá cao việc sử dụng các sản phẩm của Altair ở cấp độ 2, với hiệu quả và tính dễ sử dụng của Altair Inspire và khả năng kiểm soát chuyên sâu hơn về kỹ thuật của bộ phần mềm Altair HyperWorks."
- Bác sĩ Léo Fradet
Tổng giám đốc, Philomec
Xác nhận các mô hình cơ sinh học
Thách thức chính trong mô hình cơ sinh học liên quan đến sự phức tạp của các điều kiện tiếp xúc và các vật liệu có thể không đồng nhất, dị hướng, phi tuyến, phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, v.v. dữ liệu và thiếu sự thay đổi. Ngoài ra, các hiện tượng được nghiên cứu có tính đa yếu tố cao, và có các thông số sinh học và hóa học ảnh hưởng đến hành vi cơ học.
Mô phỏng cơ sinh học sử dụng các công cụ mô phỏng đa vật lý rõ ràng
Tiến sĩ Léo Fradet, Tổng Giám đốc tại Philomec tin rằng công ty chuyên môn về mô phỏng khác biệt với họ, vì phần lớn các công ty tư vấn chỉ cung cấp mô phỏng FEM ngầm. "Altair mang đến cho chúng tôi sự tin cậy mà chúng tôi cần có liên quan đến khách hàng của mình. Có các công cụ mô phỏng phi tuyến tính động rõ ràng cho phép chúng tôi trả lời một số vấn đề tiên tiến nhất của khách hàng. Ngoài ra, các công cụ của Altair cho chúng tôi cơ hội xử lý tất cả các khía cạnh của thiết kế và đánh giá một sản phẩm công nghệ.”
Với chuyên môn chính về mô phỏng cơ sinh học, một trong những trọng tâm chính của các kỹ sư Philomec bao gồm hiệu chỉnh và xác nhận tính chất vật liệu rất đặc trưng cho các mô sinh học. Các mô hình cấu thành có sẵn không phải lúc nào cũng thích nghi cho các ứng dụng như vậy. Tiến sĩ Fradet lưu ý rằng các công cụ thực hành, có thể tùy chỉnh và linh hoạt cao của Altair là những gì họ cần để giải quyết các vấn đề phức tạp và cụ thể của bản chất này.
Orthosis and Prosthesis optimization Surgery Simulation
Comparison of surgical approaches for femoral compression plate
