Tận dụng Phần mềm Materialise 3-matic cho Phân tích Phần tử Hữu hạn Tiên tiến trong Thiết kế Cấy ghép Chỉnh hình 

Trong lĩnh vực thiết kế thiết bị y tế, đặc biệt là cấy ghép chỉnh hình, độ chính xác là yếu tố quan trọng hàng đầu. Các nhà thiết kế và kỹ sư cần các công cụ chính xác để mô hình hóa và mô phỏng cách các thiết bị cấy ghép của họ hoạt động trong điều kiện thực tế. 

Một trong những công cụ mạnh mẽ nhất cho mục tiêu này là phần mềm Materialise 3-matic, đã trở thành một thành phần thiết yếu trong quy trình phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để thiết kế các giải pháp chỉnh hình. 

Bài viết này sẽ khám phá ứng dụng của phần mềm 3-matic trong một nghiên cứu gần đây về gãy cổ xương đùi loại III Pauwels, đồng thời chỉ ra cách công cụ mạnh mẽ này có thể cách mạng hóa việc phát triển các thiết bị cấy ghép được tối ưu hóa về mặt cơ sinh học. 

Phần mềm Materialise 3-matic là gì? 

Phần mềm Materialise 3-matic là một công cụ tiên tiến giúp chuyển đổi dữ liệu hình ảnh 3D, như từ các bản quét CT hoặc MRI, thành các mô hình chi tiết cao cho thiết kế, phân tích và mô phỏng y tế. Nó cho phép các kỹ sư chuyển đổi các bản quét y tế thành các mô hình chính xác, phù hợp với phân tích phần tử hữu hạn, là lựa chọn lý tưởng cho việc phát triển các thiết bị cấy ghép chỉnh hình và nghiên cứu cơ sinh học. 

Các tính năng chính của phần mềm bao gồm: 

• Mô hình 3D từ dữ liệu hình ảnh y tế 

• Tạo lưới cho FEA 

• Tạo mô hình giải phẫu chính xác 

• Công cụ tiền xử lý cho tối ưu hóa thiết kế và mô phỏng 

Những khả năng này khiến phần mềm 3-matic trở thành một công cụ không thể thiếu cho các kỹ sư cần mô hình đáng tin cậy và thực tế để mô phỏng các điều kiện thực tế trên các thiết bị y tế. 

(Tấm cổ xương đùi được thiết kế bằng phần mềm 3-matic)

Vai trò của phần mềm 3-matic trong nghiên cứu gãy xương Pauwels loại III 

Một nghiên cứu gần đây tập trung vào gãy cổ xương đùi loại III Pauwels đã sử dụng phần mềm Materialise 3-matic để thiết kế và phân tích một tấm cổ xương đùi mới (NFNP). Gãy xương Pauwels loại III là các vết gãy chịu lực cắt lớn, và việc điều trị chúng yêu cầu các thiết bị cấy ghép ổn định cao có thể chịu đựng được áp lực lớn đặt lên xương đùi. 

Trong nghiên cứu này, phần mềm 3-matic đóng vai trò then chốt trong: 

• Tạo mô hình: Tạo ra các mô hình giải phẫu chính xác của xương đùi và vết gãy dựa trên dữ liệu quét CT. 

• Mô phỏng vết gãy: Mô phỏng các góc Pauwels 50°, 60°, và 70° để kiểm tra cách các điều kiện gãy xương khác nhau ảnh hưởng đến sự ổn định của thiết bị cấy ghép. 

• Chuẩn bị lưới: Tối ưu hóa chất lượng lưới để phân tích phân bố áp lực và dịch chuyển chính xác dưới các tải trọng khác nhau. 

(Biểu đồ phân bố lưới trong mô hình đinh vít rỗng Pauwels (PCS) ở góc 70°)

Nhờ sử dụng phần mềm 3-matic, các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng và phân tích chính xác cách mà thiết kế tấm mới hoạt động, từ đó giảm bớt nhu cầu thử nghiệm thực tế tốn kém và rút ngắn quy trình thiết kế. 

Phân bố ứng suất Von Mises (VMS) của hai phương pháp cố định bên trong dưới tải trọng dọc trục 1400 N (trên) và 2100 N (dưới). (a, b, c) Phương pháp tấm cố định cổ xương đùi mới (NFNP) tại các góc Pauwels (a) 50°, (b) 60°, và (c) 70°. (d, e, f) Phương pháp đinh vít rỗng Pauwels (PCS) tại các góc Pauwels (d) 50°, (e) 60°, và (f) 70°. 

Biểu đồ của ứng suất đỉnh cho hai phương pháp cố định bên trong ở các góc Pauwels khác nhau dưới các tải trọng dọc trục 1400 N và 2100 N.

Biểu đồ độ dịch chuyển cho hai phương pháp cố định bên trong ở các góc Pauwels khác nhau dưới các tải trọng dọc trục 1400 N và 2100 N. 

Đọc toàn bộ bài nghiên cứu: Tại đây 

Phần mềm Materialise 3-matic cải thiện phân tích cơ sinh học như thế nào? 

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất trong thiết kế cấy ghép chỉnh hình là đảm bảo sự ổn định cơ sinh học. Đây là lĩnh vực mà phần mềm Materialise 3-matic phát huy hiệu quả vượt trội. Trong nghiên cứu này, 3-matic đóng vai trò quan trọng trong phân tích phần tử hữu hạn, giúp tối ưu hóa lưới để phân tích áp lực và mô phỏng vết gãy chính xác. 

Dưới đây là cách phần mềm 3-matic cải thiện phân tích cơ sinh học của nghiên cứu: 

• Tối ưu hóa lưới: Nghiên cứu hội tụ lưới của phần mềm đảm bảo độ chính xác tối ưu, với mức tăng dịch chuyển dưới 4% khi số lượng phần tử tăng, mang lại các mô phỏng đáng tin cậy. 

• Phân tích áp lực và biến dạng: Phần mềm cho phép các nhà nghiên cứu trực quan hóa phân bố von Mises stress (VMS) trên xương đùi, vít và cấy ghép, cung cấp thông tin chi tiết về các điểm áp lực và nguy cơ hỏng hóc tiềm năng. 

• Dịch chuyển mảnh vỡ xương: Khả năng mô phỏng của phần mềm 3-matic giúp đo lường chính xác sự dịch chuyển của các mảnh xương gãy, so sánh giữa NFNP và vít cố định Pauwels truyền thống. 

Bằng cách sử dụng 3-matic, các nhà nghiên cứu đã có thể chứng minh một cách tự tin rằng thiết kế tấm cổ xương đùi mới có sự ổn định cơ sinh học vượt trội. 

Phân bố ứng suất Von Mises (VMS) của vùng cổ xương đùi gần dưới tải trọng dọc trục 1400 N (trên) và 2100 N (dưới). (a, b, c) Phương pháp tấm cố định cổ xương đùi mới (NFNP) tại các góc Pauwels (a) 50°, (b) 60°, và (c) 70°. (d, e, f) Phương pháp đinh vít rỗng Pauwels (PCS) tại các góc Pauwels (d) 50°, (e) 60°, và (f) 70°. 

Biểu đồ ứng suất đỉnh tại vùng cổ xương đùi gần trên các phương pháp cố định bên trong khác nhau dưới các góc Pauwels tăng dần với các tải trọng dọc trục 1400 N và 2100 N. 

Tìm hiểu thêm về các ứng dụng của phần mềm Materialise 3-Matic: 

Giải Pháp Tối Ưu Cho In 3D Lattice Structure trong ngành Hàng không 

Lợi ích Chính của Phần mềm 3-matic trong Thiết kế Thiết bị Y tế 

Việc áp dụng thành công phần mềm Materialise 3-matic trong nghiên cứu này cho thấy nhiều lợi ích chính khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu cho các nhà thiết kế và kỹ sư thiết bị y tế: 

• Tăng cường vòng lặp thiết kế: Với phần mềm 3-matic, các kỹ sư có thể lặp lại thiết kế nhanh hơn, điều chỉnh hình học mô hình và thử nghiệm các cấu hình mới trước khi tạo ra các nguyên mẫu thực tế. 

• Thử nghiệm cơ sinh học ảo: 3-matic cho phép mô phỏng ảo các điều kiện thực tế, giảm nhu cầu thử nghiệm thực tế tốn kém và mất thời gian. 

• Rút ngắn chu kỳ phát triển: Bằng cách tối ưu hóa quy trình mô hình hóa, phân tích và thử nghiệm, phần mềm này giúp rút ngắn thời gian phát triển, giúp các thiết bị y tế mới nhanh chóng đến tay người dùng. 

Nghiên cứu về gãy xương Pauwels cho thấy những lợi ích này có thể dẫn đến việc tạo ra các thiết bị cấy ghép hiệu quả và đáng tin cậy hơn, từ đó cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân. 

Mô hình cố định bằng tấm và đinh vít. (a) Tấm với các đinh vít đã được gắn. (b) Góc nhìn chỉnh hình của tấm trên mô hình xương đùi. (c) Góc nhìn bên của mô hình xương đùi với tấm và đinh vít. 

Ứng dụng Thực tế Ngoài Gãy xương Pauwels 

Mặc dù nghiên cứu này tập trung vào gãy cổ xương đùi loại III Pauwels, ứng dụng của phần mềm Materialise 3-matic còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác. Nó cũng có giá trị đối với việc thiết kế các thiết bị chỉnh hình khác, chẳng hạn như cấy ghép đầu gối, hông và cột sống. Ngoài ra, 3-matic tích hợp liền mạch với các công cụ FEA khác như ABAQUS, tạo ra một quy trình mạnh mẽ cho việc phát triển các thiết bị y tế hiệu suất cao. 

Trong thiết kế và phát triển cấy ghép chỉnh hình, phần mềm Materialise 3-matic đã chứng minh rằng nó là một công cụ không thể thiếu. Nghiên cứu về gãy xương Pauwels loại III đã cho thấy cách mà phần mềm 3-matic có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị cấy ghép được tối ưu hóa về mặt cơ sinh học, cung cấp sự ổn định và hiệu suất vượt trội. Từ việc tạo mô hình 3D đến phân tích phần tử hữu hạn, phần mềm này cho phép các kỹ sư mô phỏng và tinh chỉnh thiết kế của họ với độ chính xác đáng kể. 

Khi nhu cầu về các thiết bị y tế cá nhân hóa và hiệu quả hơn ngày càng tăng, 3-matic sẽ tiếp tục đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy sự tiến bộ của thiết kế cấy ghép chỉnh hình, giúp các kỹ sư và bác sĩ tạo ra các giải pháp cải thiện chăm sóc bệnh nhân. 

Nếu bạn là nhà thiết kế thiết bị y tế hoặc nhà nghiên cứu đang tìm cách tối ưu hóa quy trình thiết kế và phân tích của mình, hãy khám phá phần mềm Materialise 3-matic ngay hôm nay. Tìm hiểu thêm về cách công cụ mạnh mẽ này có thể cải thiện quy trình phát triển sản phẩm và giúp bạn tạo ra các thiết bị cấy ghép cơ sinh học vượt trội. 

Ngoài 3-Matic, Materialise còn có 2 phần mềm mạnh mẽ khác, hỗ trợ đắc lực cho quá trình sáng tạo và sản xuất. Từ việc tạo ra các cấu trúc lattice phức tạp cho đến thực hiện cắt lớp chính xác và tối ưu 

Một số thông tin liên quan: 

CẤU TRÚC TỔ ONG CỦA MATERIALISE MAGICS GIÚP BÁNH RĂNG NHẸ HƠN 46% 

Materialise Mở rộng Giải pháp Tim mạch với Công nghệ AI từ FEops và Mimics Planner 

Kết Luận 

Bạn đang tìm kiếm một công cụ để tối ưu hóa thiết kế 3D của mình? Materialise 3-matic là giải pháp hoàn hảo. Dù bạn là kỹ sư hàng không muốn giảm trọng lượng cho các bộ phận máy bay, hay bác sĩ muốn tạo ra các implant y tế cá nhân hóa, 3-matic đều cung cấp các công cụ cần thiết để đạt được mục tiêu. Với khả năng xử lý các mô hình phức tạp và tạo ra các cấu trúc lattice tối ưu, 3-matic giúp bạn tiết kiệm thời gian, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. 

Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp phần mềm thiết kế 3D để tối ưu hóa các cấu trúc lattice và in 3D một cách chính xác, Materialise 3-matic chắc chắn sẽ là lựa chọn hàng đầu. 

Liên hệ Vinnotek ngay để được tư vấn và tìm kiếm giải pháp cho dự án thiết kế của bạn! 

-------------------------------- 

THÔNG TIN LIÊN HỆ:     

☎Số điện thoại: (+84)905300382     

📩Email: sales@vinnotek.com     

💻Website: https://vinnotek.com/     

⚡LinkedIn: https://tinyurl.com/VINNOTEKlinkedin     

⚡Facebook: https://tinyurl.com/VINNOTEK