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ANSYS仿真用于醫(yī)療保健領(lǐng)域
引導(dǎo)語：當(dāng)今社會，科技飛速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)越來越發(fā)達(dá)。無線技術(shù)為醫(yī)療植入設(shè)備打開了新的世界，使遠(yuǎn)程監(jiān)控與治療優(yōu)化成為現(xiàn)實(shí)。下面是小編為大家精心整理出來的關(guān)于ANSYS仿真用于醫(yī)療保健領(lǐng)域的資料，希望可以在學(xué)習(xí)中幫助到大家哦!
無線技術(shù)為醫(yī)療植入設(shè)備打開了新的世界，使遠(yuǎn)程監(jiān)控與治療優(yōu)化成為現(xiàn)實(shí)。但是，為了設(shè)計(jì)出成功的無線植入設(shè)備，設(shè)計(jì)人員必須滿足不同使用案例和各種法規(guī)的要求，其中每一項(xiàng)都具有自身特殊的挑戰(zhàn)。
一般情況下，智能醫(yī)療植入設(shè)備必須能夠在以下至少三種不同環(huán)境中與外部手持設(shè)備無線通信：
1、手術(shù)室：植入設(shè)備植入病人體內(nèi)之前先在此進(jìn)行編程。
2、醫(yī)療辦公室：醫(yī)生在此使用外部編程設(shè)備以無線通信的方式對植入設(shè)備進(jìn)行后續(xù)監(jiān)控。
3、家中：通常使用床邊無線盒與植入設(shè)備通信，將診斷信息和任何告警情況立即轉(zhuǎn)發(fā)給醫(yī)生/醫(yī)護(hù)人員。
由于人體組織會反射、吸收部分無線信號以及影響天線的工作頻率與帶寬，無線射頻的性能因此會受到影響。此外，患者的體型也會嚴(yán)重影響植入設(shè)備和外部設(shè)備之間的通信距離。近幾年，藍(lán)牙智能通信已經(jīng)成為智能手機(jī)上常用的連接選項(xiàng)�？芍踩朐O(shè)備的制造商當(dāng)然不想錯(cuò)過這個(gè)機(jī)遇。藍(lán)牙工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于醫(yī)療設(shè)備所用無線技術(shù)的頻率，這意味著更大一部分的能量會被人體吸收，從而使天線范圍問題變得更加棘手。為了適應(yīng)患者的生理變化(例如，患者的體重增加或減少)，天線可能經(jīng)常需要調(diào)諧。最后，監(jiān)管機(jī)構(gòu)會對輻射的功率、比吸收率以及無線傳輸數(shù)據(jù)的速度與傳輸量規(guī)定嚴(yán)格的限制。
Cambridge Consultants是創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)工程與技術(shù)咨詢領(lǐng)域的全球頂級供應(yīng)商，其使用ANSYS仿真工具完美解決了上述挑戰(zhàn)。此外，仿真技術(shù)使工程師能夠優(yōu)化植入設(shè)備天線的設(shè)計(jì)，以增加其范圍、使其能夠在預(yù)期頻率下運(yùn)行。工程師還可提前針對各種不同的體型檢驗(yàn)天線性能。
設(shè)計(jì)可植入天線
Cambridge Consultants的工程師最近設(shè)計(jì)了一種小型天線，其可以同時(shí)在402~405MHz(醫(yī)療植入通信服務(wù)[MICS])以及2.4~2.5GHz(工業(yè)、科研與醫(yī)療[ISM])的頻帶下運(yùn)行，而且支持2米以上的范圍內(nèi)進(jìn)行無線通信，因此能夠在手術(shù)室的清潔區(qū)之外使用。人體組織的電容特性加上傳統(tǒng)電偶極子天線的高電容性阻抗會產(chǎn)生一種殘留負(fù)電抗，其必須用集總電感負(fù)載補(bǔ)償，以匹配微芯片阻抗。因此，工程師采用了一種相對較新的天線設(shè)計(jì)方法——采用磁環(huán)輻射器和共址電場輻射器的復(fù)合場天線。此方法不僅可提供固有的感抗，讓工程師更輕松匹配植入電子設(shè)備的阻抗，而且它還能夠更好地支持微型化與生物相容性。
脂肪、肌肉、各種骨骼、皮膚與血液均具有不同的介電特性。周圍組織的介電特性會嚴(yán)重影響天線的性能表現(xiàn)，例如：與相同尺寸天線的自由空間性能相比具有更低的共振頻率。不過，人體對天線的影響會因天線在體內(nèi)位置和患者體型的不同而各異。幾乎所有設(shè)計(jì)植入設(shè)備天線的工程師都會采用人體模型來執(zhí)行電磁場仿真，而此類模型中的單元能夠匹配各種人體組織(如：皮膚、脂肪、密質(zhì)骨、松質(zhì)骨、肌肉與血液)的相對介電常數(shù)和導(dǎo)電率。許多此類模型的問題是它們很難為了匹配不同體型而進(jìn)行修改。因此，工程師通常會根據(jù)普通體型來優(yōu)化天線，這經(jīng)常會導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備植入非典型體型的患者時(shí)出現(xiàn)天線性能問題。
加速創(chuàng)新
現(xiàn)代植入設(shè)備極其復(fù)雜，需要工程師平衡其性能、安全性、可靠性、成本和上市時(shí)間等約束條件。ANSYS的工程仿真工具使Cambridge Consultants能夠更快地設(shè)計(jì)創(chuàng)新型醫(yī)療設(shè)備。
研發(fā)可縮放的人體模型，有助于Cambridge Consultants工程師從設(shè)計(jì)開始就對天線設(shè)計(jì)進(jìn)行回歸分析。這樣就能夠?qū)⑺璧牡螖?shù)減半，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短25%。與傳統(tǒng)PIFA和環(huán)形天線相比，該公司已經(jīng)能夠?qū)⑵渥钚绿炀�設(shè)計(jì)的射頻通信距離增加45%。現(xiàn)場數(shù)據(jù)也表明仿真的性能與成品結(jié)果非常吻合。
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