背景 視覺醫療涉及到許多高度專業的手術技術，其中包括治療眼睛晶狀體混濁的白內障手術。隨著科技的進步，手術技術和工具也在不斷進化。從最早的硬性人工晶狀體到現在可以折疊的柔性材料，這些發展使得手術切口逐漸減小，從而降低了手術風險並加速了患者恢復速度。博士倫公司的工程師在生物醫學應用中，使用SIMULIA Abaqus有限元素法分析已有大約十年的歷史；它首先被用來模擬無法衡量的問題，例如角膜接觸鏡片的構造和變形，這將有助於評估鏡片功效，包括考慮到光學特性。 圖1.白內障⼿術中使⽤的典型置換水晶體 (IOL) 的幾何形狀。亞克⼒鏡⽚的標準尺⼨為直徑 6 毫⽶、中⼼厚度 1 毫⽶。晶狀體需要 被壓縮在插⼊器尖端內，透過平均 2.8 毫⽶的⾓膜切⼝將其輸送到眼睛中。 圖2.在白內障⼿術模擬過程中，當 IOL 被插⼊器內的柱塞推動時， 說明了晶狀體應變。據觀察，在柱塞接觸 IOL 的應⼒點或尾觸覺件上，很少發生水晶體撕裂。 挑戰 在白內障手術的發展過程中，醫療專業人員面臨多項挑戰，包括如何在不損害晶狀體的情況下，通過越來越小的切口將其插入眼睛中。此外，手術後的視力恢復質量也是一大挑戰，因為手術的每一個微小差異都可能影響最終的視覺效果。因此，精確模擬手術過程以預測各種情況成為關鍵。 技術創新 博士倫(Bausch) + Lomb 等公司投入大量資源使用有限元素分析 Finite Element Analysis (FEA) 技術，特別是 SIMULIA Abaqus 軟件，來克服這些挑戰。Abaqus 能夠精確模擬晶狀體在手術過程中的行為，如折疊和插入動作，這有助於工程師設計更小、更有效的切口和更適合的晶狀體材料。此外，Abaqus 的高度非線性分析能夠解決涉及大變形、自身接觸和滑動接觸的複雜問題。 圖3.當 IOL 從插⼊器尖端露出時，會顯⽰水晶體上的應變。應⼒最⾼ 的區域與罕見的鏡⽚刮傷的位置有關。 圖4.⽤於模擬白內障⼿術期間晶狀體 (IOL) 插⼊的 FEA 模型的剖⾯圖。 IOL（綠 色）由柱塞（紫色）推動，即將進⼊插⼊器尖端（藍色），透過插⼊器尖端將其輸送到眼睛中。使⽤可變形元素對透鏡、尖端和柱塞進⾏建模；裝載⾨（棕色）和裝載區域（深綠色）是使⽤剛性元素建模的。 未來展望 隨著技術的持續進步，未來的眼科手術將更加依賴模擬技術來預測手術結果，降低手術風險。研究新材料和技術，如更加柔軟可壓縮的晶狀體材料和更精細的插入器設計，將使得手術更加安全、簡便，並提供更好的視力恢復質量。利用像 Abaqus 這樣的先進模擬工具將繼續在這一領域發揮重要作用。持續的創新和研究是推動這一領域發展的關鍵，未來還有可能實現更小的切口和更高的手術精確度。 下載PDF