منوی دسته بندی

هیچ محصولی در سبد خرید نیست.

شبیه‌سازی بافت زیستی و رگ‌های خونی در کامسول (COMSOL)

امروزه استفاده از دستاوردهای مهندسی در صنایع پزشکی بیش از هر زمان دیگری افزایش یافته است. از تولید ایمپلنت‌های زانو و کمر گرفته تا ساخت سمعک، تجهیزات اتاق عمل، تجهیزات آزمایشگاهی، دستگاه‌های پیشرفته عکسبرداری، دستگاه‌های لیزر و وسایل ساده معاینه. در واقع تأثیر حوزه مهندسی بر صنایع پزشکی به قدری بوده است که دیگر تصور این صنعت بدون تجهیزات ساخت دست مهندسان غیرممکن شده است. در این میان، استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی برای طراحی و مدلسازی این تجهیزات به هیچ‌وجه قابل چشم‌پوشی نیست. نرم‌افزار COMSOL Multiphysics یکی از این نرم‌افزارهاست که توانسته است در این زمینه به کمک مهندسان بیاید. ولی بطور خاص در این نوشته درباره نحوه شبیه‌سازی بافت‌های زیستی و رگ‌های خونی در نرم‌افزار کامسول (COMSOL) صحبت خواهد شد.

بافت‌های زیستی و رگ‌های خونی

بطور کلی مدلسازی مواد تشکیل دهنده بافت‌های زیستی یک موضوع پیشرفته محسوب می‌شود، به چند دلیل:

1-بافت زیستی می‌تواند کرنش‌های زیاد را تحمل کند.

2-رابطه تنش و کرنش در آنها غیرخطی است.

3-اکثر این مواد غیرقابل فشردن می‌باشند (Incompressible). بنابراین اکثر روابطی که بر مبنای جابجایی هستند باید اصلاح شوند تا پاسخ نهایی پاسخی دقیق باشد.

در کنار این موارد باید تعریف تنش و کرنش به دقت بررسی شود. در مسائلی که از نظر هندسی غیرخطی هستند دیگر فرضیه کوچک بودن جابجایی‌ها معتبر نیست. بنابراین ضروری است که غیرخطی هندسی در مدل لحاظ شود.

این حالت یعنی غیرخطی هندسی در چند حالت رخ می‌دهد:

1- هنگامی که چرخش صلب به میزان قابل توجه در مدل باشد.

2-هنگامی که کرنش‌ها دیگر کوچک نباشند. (از چند درصد فراتر روند.)

3-هنگامی که نیروی وارد بر سازه، به جابجایی وابسته باشد.

مدلسازی بافت‌های زیستی و رگ‌های خونی در کامسول

تمام موارد ذکر شده در بالا در مدل رفتاری هایپرالاستیک Hyperelastic که در فیزیک Nonlinear Structural Material موجود است لحاظ شده است.

البته موارد ذکر شده در ویژگی‌های غیرخطی‌های هندسی به این معنی نیست که هر مدل زیستی ایجاد شده شامل همه آن موارد است. این قضیه به نوع مسأله برمی‌گردد. به عبارت دیگر اگر هیچ‌یک از شروط ذکر شده در غیرخطی‌های هندسی در مسأله ظاهر نشده باشد می‌توان برای ساده‌سازی کماکان از مدل‌های خطی با دقت مناسب استفاده نمود. در کنار این مسأله نرم‌افزار کامسول مدل‌های مختلفی از رفتار ماده حتی در تنظیمات بخش Linear Elastic Model در اختیار کاربر قرار می‌دهد که می‌تواند در عین خطی بودن مسأله، رفتار ماده مدنظر را نیز مدل کرد. بطور مثال درصورتی که جابجایی‌ها کوچک باشد، و در مدل مورد بررسی رگ یا بافت زیستی وجود داشته باشد می‌توان از مدل neo-Hookean برای تعریف خواص مختلف آن مواد استفاده نمود.

در صورتی‌که علاقه‌مند به دانستن مطالب بیشتری در مورد مواد هایپر الاستیک هستید می‌توانید وارد این لینک شوید و ویدئوی مربوطه را در سایت اصلی شرکت کامسول مشاهده بفرمایید.

فیزیک‌های مورد استفاده در مدلسازی بافت‌های زیستی و رگ‌های خونی در نرم‌افزار کامسول

همانگونه که در بخش قبلی هم ذکر شد، بسته به شرایط، برای مدلسازی بافت‌های زیستی می‌توان از Nonlinear Structural Material Module یا Structural Mechanics استفاده نمود. این در مواقعی است که فقط یک یا چند جامد درگیر باشند. اما خیلی از مواقع پیش می‌آید که قصد ما از مدلسازی بررسی اثرات حاصل از تعامل بخش جامد (بافت زیستی یا دیواره رگ) با سیال (خون) است. در این موارد مدلسازی مربوطه زیرمجموعه‌ای از مسائل تعامل سیال و سازه یا Fluid-Structural Interaction  و یا به اختصار FSI می‌باشد. این مبحث بطور کامل در دوره تعامل سیال و سازه (FSI) در وبسایت کامسولینک بررسی شده است و در جلسه چهارم این دوره یک مثال از توزیع فشار جریان خون در شاهرگ بطور کامل بررسی و تحلیل شده است.

هم‌چنین در صورتی‌که علاقه‌مند به یادگیری فیزیک‌های Fluid Flow و Solid Mechanics و بطور کلی تسلط بر جنبه‌های مختلف نرم‌افزار کامسول هستید، پیشنهاد می‌کنیم از دوره جامع کامسول برای مهندسی مکانیک استفاده بفرمایید.

تصویری از همکاری برای انجام پروژه با کامسول COMSOL

به منظور انجام پروژه کامسول

ضبط آموزش اختصاصی برای فراگیر

پشتیبانی کامل از آموزش

علی داودالحسینی وب‌سایت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *