人體能夠做出不可思議的事情，但它並非萬無一失。受傷或年齡增長會導致關節損傷，導致疼痛和功能下降。然而，好的一面是，醫療技術已經發展到可以修復或更換許多部件的程度，從而使人們能夠保持行動能力。 對於任何類型的醫療植入物，都必須非常小心，以確保植入物正常工作並與身體其他部位同步工作。幸運的是，醫療技術已經發展到可以在虛擬環境中對植入物概念進行徹底評估和優化，然後再由監管機構測試和批准，並放入患者體內。 植入物和手術工具的模擬 Stryker Corporation是一家美國醫療器械公司，主要在骨科、醫療和外科以及神經技術和脊柱領域提供創新產品和服務，幫助改善患者和醫院的治療效果。 Stryker的高級首席工程師Cheryl Liu博士表示：「我們看到了生物力學模擬的價值，我們需要此類模型庫來了解植入物在患者體內的表現。為此，能夠使用這些工具進行迭代設計。」 模擬分析還可以展示植入物對外科醫生和患者如何發揮作用，並評估手術工具在手術中的功用。舉例Cheryl Liu博士的說法，模擬分析理應更廣泛地被利用，通過減輕重量和減少噪音，SIMULIA Abaqus可進一步改善手術工具；尤其隨著機器人手術的發展，最重要的是易用性、安全性、有效性和耐用性的測試工具。 通過機器人程序背後的CT掃描，Stryker為患者的骨骼創建了一個3D模型，當外科醫生以某種方式放置植入物時，如果我們能夠瞭解患者的生物力學並預測出運動學結果，就可以為該特定個體找到最佳的植入物定位，以便患者在術後改善其生理機能。 Stryker團隊使用多種模擬分析來設計植入物，以便他們既能了解新設計如何滿足關鍵領域的性能要求，又能瞭解其他領域潛在性能問題的風險。 患者專用醫學的未來 並非每個患者都有為他們專一設計的植入物，更準確地說，Stryker使用大量經過驗證的成功模型庫，並使用模擬分析來判斷哪種模型、尺寸和佈局在每種情況下都適用。Cheryl Liu博士說，逼真的患者專用模擬模型是重大的突破，該模型考慮到患者的肢體排列、骨骼幾何形狀、軟組織約束和運動範圍。 我們不希望取捨模型的準確性，因為過於簡化以至於失去了患者特有的自然條件，與此同時，需要有效地解決可在術中使用的真實患者專用模擬模型。我們與SIMULIA等公司合作，幫助提高其軟體效率，從而實現實時解決方案。 Stryker正在通過從不同年齡、性別、健康狀況和體型的個體樣本中，收集全面的解剖學和步態實驗室數據，作為構建患者專用模型庫，然後使用該數據來校準和驗證模型；收集的數據中涵蓋了在不同活動期間（如下坡步行或做膝蓋彎曲），關節（如膝蓋）如何移動的信息。例如，對於經常參加運動的患者，醫療團隊需要判斷，植入物的類型及位置能夠讓患者獲得最佳的關節活動，模擬分析有助於做出這些判定。 Stryker選擇使用SIMULIA軟體，尤其是SIMULIA Abaqus，滿足了植入物的設計和挑選等挑戰性要求。 Cheryl Liu博士表示：「如果我們需要對植入物進行靜態彎曲分析，大多數軟體都可以做到，但我們還需要能夠模擬動力衝擊、來自軟組織和日常活動的約束、材料失效和斷裂；所有這些進階功能，確實需要這些已針對應用程序開發和驗證的先進軟體，SIMULIA Abaqus作為我們的高端模擬分析軟體，可以幫助解決這些進階模擬需求。」 持續的學習過程 Cheryl Liu博士的職涯規劃，是從她前往美國就讀聖母大學研究院時就已經確定了，當她仍在中國就讀航空航太與機械工程系本科，校內少有女性工科生，在美國研究生院裡，她有機會與幾位才華橫溢的女性工程同伴共事；而後她獲得了生物力學博士學位，並於2006年加入SIMULIA，並於2014年開始在Stryker工作。 在加入Stryker之前，Cheryl Liu博士一直致力於構建心血管支架分析培訓材料，並在SIMULIA期間參與了SIMULIA SIMULIA Abaqus Knee Simulator項目和Living Heart項目。在模擬分析和生命科學方面的專業知識，為她成功的職業生涯做出了貢獻，她鼓勵年輕女性追求工程學：「儘管我擁有自身部門的工作，但我總是對其他部門的運作感到好奇，我也幫助他們解決問題；發展你的技能並持續不斷地學習，你永遠不會感到無聊！你永遠會有新的觀點、新的知識、新的挑戰需要努力。這項工作讓我對這個職業感到激勵，這就是我自給自足的方式。」 Cheryl Liu博士認為，產業的未來在於實時模擬，無論是基於物理的模擬分析、還是機器學習和人工智能的形式，都需要大量數據來注入模型和演算法開發；此影片中，她分享了對模擬的熱愛以及興致，幫助她如何學習和專業成長。其SIMULIA SIMULIA Abaqus等模擬分析軟體的持續進步，模擬速度更快、風險更低，將不費吹灰之力，便可從中受益。模擬分析能夠推動產業創新，提出改善的設計，對患者、對外科醫生都很有優勢。這是一個很好的工具，所有行業都應該採用。 關鍵字：SIMULIA SIMULIA Abaqus、SIMULIA、3D、生物力學