SIMULIA Abaqus有限元素分析提供外科手術最新的選擇

士盟科技-部落格圖片

在老虎伍茲帶著腳傷贏得美國公開賽,並於2008年退出高爾夫球季賽以前,一些生物力學的研究人員就已經關注他左膝的健康。加州斯克里普斯診所(Scripps Clinic)希利中心(Shiley Center)骨科研究/教育整形外科研究實驗室,發表一份關於膝關節置換手術的研究,當時手術是將微小的電子晶片植入,利用該晶片發佈的無線電遙測數據,著重記錄膝關節的各種活動。

實驗室主任歐陽德利馬說:「誰也無法超越老虎的技能水平,人們認為跑步或爬樓梯對膝蓋的難度較高,但扭高爾夫卻是更加艱難,基於伍茲揮桿的速度和動力,他的傷勢並不令人意外。」研究人員同時也對於滑雪的患者,植入晶片進行監測,「我們的目標是研究一系列運動對膝蓋健康的影響。」老虎伍茲的膝蓋受傷(據說是前十字韌帶,或ACL,固定膝關節內側部份)接受顯微物理治療有正面的反應。

但許多人不那麼幸運,如果他們膝蓋內縱深的關鍵軟骨-半月板,遭受長期的傷害而非像運動傷害明顯的損傷,在30歲時可能沒有任何症狀,因為與膝關節隔離的軟骨沒有神經,但卻已經開始退化。半月板是由兩個C型墊的軟骨組織組成,位於由大腿骨底部和脛骨頂部構成的關節之間。它最初被認為是身體附屬的一部分,對一般健康並不重要,甚至患病時不會引起病痛。當一個半月板撕裂、或磨損,膝蓋關節便鎖住,而使人無法行走;由於半月板的血液供應非常不充足,它並不會自己癒合。

50年前,外科醫生解決問題的方式是,移除整個受損的半月板,因為他們認為它沒有任何作用。但患者走出醫院大門,半月板去除5年後,他們得到了骨關節炎,醫生於是決定只去除部分半月板的損壞,結果如何呢?患者維持15年健康也患了骨關節炎。

如果我們當時有有限元素分析(FEA),外科醫生就可以知道,組織切除必定是錯誤的選擇,德利馬說:「移除半月板等於取走膝蓋在生物力學上支托的關鍵。原來半月板的功用既是間隔,也是一個震動吸收器,它提供了負載共享、接觸應力緩和,和穩定性,所有這些結果現在都可以利用SIMULIA Abaqus有限元素技術的研究得知。」

建立有限元素模型的數據,是來自那些早期植入無線電遙測且進行高爾夫和滑雪活動的患者。「設在病人膝蓋的傳感器,為我們提供了有效的量測,讓我們可以用我們的負載輸入半月板的有限元素分析。」德利馬說:「我的團隊在2000年第一次嘗試按照模型製作半月板功能,自從我使用SIMULIA Abaqus後,我已經能夠解決複雜的物質和接觸問題,這段時間,有如此的成效令我十分滿意。」

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