行业解决方案 | modeFRONTIER在生物医药工程中的应用
生物医学工程的优化应用
复杂生理系统的计算模型及其与医疗设备的相互作用已成为全球生物工程研究的重要领域。为了满足市场对加速开发安全，性能良好和可靠的医疗设备的需求，对这一领域的关注日益增长。
对此，设计人员需要关注到所有临床失败的情况在临床实践中的发生率，面对可能带来的不良影响以及后续的调查研究就显得至关重要。在设计过程中如果需要考虑到这些要素，那么建模和仿真就提供了一种有效且具有成本效益的解决方案。为了获得最佳的设计可能，对设计变量之间的相互作用进行完整而准确的探索，是对于医疗设备是否可以找到潜在良好设计替代方案，并确定成为最佳选择至关重要的工作。
因此，整合不同的设计学科，使仿真过程自动化以及使用数学算法进行设计探索就将起着关键作用。这种优化和标定的方法可以使用在执行复杂的生物医学工程设计问题，在节省时间，效率和可靠性方面具有显着优势。
modeFRONTIER 技术的优势
多目标优化及流程自动化工具modeFRONTIER通过提供的过程自动化，设计探索和数据分析平台，为面对这些挑战的工程师提供了强大的支持：
• 考虑所有变量和可能的情况，扩大对问题的了解
• 使用模型标定提高仿真的可靠性
• 帮助减少昂贵的原型和临床前实验的数量，并增加试验的安全性
• 通过实现复杂仿真过程的自动化来减少设计时间
• 整合多个设计学科进行整体设计
婴儿保育箱的设计优化
最佳设计的婴儿保育箱需要满足特定温度和湿度水平（目标），同时需要满足气流（速度小于0.35 m / s）和热量损失小于一定要求，以确保婴儿的最佳健康状况。
给定气流的速度和角度，进气口的气流温度和相对湿度作为输入变量，modeFRONTIER帮助工程师在两种设计之间进行选择。一种设计完美地满足了温度（37°C）和湿度（86％）的要求，而热量损失仅增加了3％。第二种设计减少了6％的热损失，与目标的偏差仅为0.5％。两种设计都将空气流速保持在临界极限以下。这些结果是在很短的仿真时间内提供的，通过modeFRONTIER的协助将这一过程从数周缩短到几天之内。
得益于modeFRONTIER提供的集成和自动化功能，工程师可以在温度和湿度值与减少热量损失之间找到最佳的平衡。modeFRONTIER的使用可以帮助工程师在短时间内从最佳解决方案中进行选择，从而为决策过程提供支持。
股骨假体设计
股骨假体结构的设计中，需要考虑到强度，疲劳度和零件质量。找到最佳的假体设计，需要应力应减至最小，同时仍要满足疲劳方面的要求。
进行了标准的静态结构分析和疲劳测试，目的是发现500万次循环的材料性能应力水平，以验证股骨假体的抗疲劳性能。借助modeFRONTIER可用的“实验设计”技术，工程师可以探索最大应力值与材料特性（弹性和电阻）的相关性，并发现弹性对电阻的影响更大。
基于modeFRONTIER工具，可以进行大量可靠的仿真，考虑多个设计变量并完整了解其对假体疲劳寿命的影响。作为进一步的优化步骤，帮助工程师将可以减轻质量，同时确保最小的应力水平。
牙种植体的去除技术
在加热过程的基础上优化牙科植入物新的去除技术，在确保胶囊提取的同时确保对周围区域的坏死影响最小。
modeFRONTIER与ANSYS软件的集成有助于执行两步仿真过程。第一步涉及通过设置数值参数（传热系数，材料特性）来精确模拟加热过程，从而对数值模型进行标定。第二步是通过找到加热的方向，持续时间，温度和功率的最优解来优化去除技术。
借助modeFRONTIER与ANSYS软件的集成，可以建立一个数值模型以最实际的方式模拟去除过程。这样，工程师可以安全有效地优化同一流程。
