ANSYS仿真用于医疗保健领域

发布时间:2019-09-09 编辑: 手机版

  引导语:当今社会,科技飞速发展,经济越来越发达。无线技术为医疗植入设备打开了新的世界,使远程监控与治疗优化成为现实。下面是小编为大家精心整理出来的关于ANSYS仿真用于医疗保健领域的资料,希望可以在学习中帮助到大家哦!

  无线技术为医疗植入设备打开了新的世界,使远程监控与治疗优化成为现实。但是,为了设计出成功的无线植入设备,设计人员必须满足不同使用案例和各种法规的要求,其中每一项都具有自身特殊的挑战。

  一般情况下,智能医疗植入设备必须能够在以下至少三种不同环境中与外部手持设备无线通信:

  1、手术室:植入设备植入病人体内之前先在此进行编程。

  2、医疗办公室:医生在此使用外部编程设备以无线通信的方式对植入设备进行后续监控。

  3、家中:通常使用床边无线盒与植入设备通信,将诊断信息和任何告警情况立即转发给医生/医护人员。

  由于人体组织会反射、吸收部分无线信号以及影响天线的工作频率与带宽,无线射频的性能因此会受到影响。此外,患者的体型也会严重影响植入设备和外部设备之间的通信距离。近几年,蓝牙智能通信已经成为智能手机上常用的连接选项。可植入设备的制造商当然不想错过这个机遇。蓝牙工作频率远远高于医疗设备所用无线技术的频率,这意味着更大一部分的能量会被人体吸收,从而使天线范围问题变得更加棘手。为了适应患者的生理变化(例如,患者的体重增加或减少),天线可能经常需要调谐。最后,监管机构会对辐射的功率、比吸收率以及无线传输数据的速度与传输量规定严格的限制。

  Cambridge Consultants是创新产品研发工程与技术咨询领域的全球顶级供应商,其使用ANSYS仿真工具完美解决了上述挑战。此外,仿真技术使工程师能够优化植入设备天线的设计,以增加其范围、使其能够在预期频率下运行。工程师还可提前针对各种不同的体型检验天线性能。

  设计可植入天线

  Cambridge Consultants的工程师最近设计了一种小型天线,其可以同时在402~405MHz(医疗植入通信服务[MICS])以及2.4~2.5GHz(工业、科研与医疗[ISM])的频带下运行,而且支持2米以上的范围内进行无线通信,因此能够在手术室的清洁区之外使用。人体组织的电容特性加上传统电偶极子天线的高电容性阻抗会产生一种残留负电抗,其必须用集总电感负载补偿,以匹配微芯片阻抗。因此,工程师采用了一种相对较新的天线设计方法——采用磁环辐射器和共址电场辐射器的复合场天线。此方法不仅可提供固有的感抗,让工程师更轻松匹配植入电子设备的阻抗,而且它还能够更好地支持微型化与生物相容性。

  脂肪、肌肉、各种骨骼、皮肤与血液均具有不同的介电特性。周围组织的介电特性会严重影响天线的性能表现,例如:与相同尺寸天线的自由空间性能相比具有更低的共振频率。不过,人体对天线的影响会因天线在体内位置和患者体型的不同而各异。几乎所有设计植入设备天线的工程师都会采用人体模型来执行电磁场仿真,而此类模型中的单元能够匹配各种人体组织(如:皮肤、脂肪、密质骨、松质骨、肌肉与血液)的相对介电常数和导电率。许多此类模型的问题是它们很难为了匹配不同体型而进行修改。因此,工程师通常会根据普通体型来优化天线,这经常会导致相关设备植入非典型体型的患者时出现天线性能问题。

  加速创新

  现代植入设备极其复杂,需要工程师平衡其性能、安全性、可靠性、成本和上市时间等约束条件。ANSYS的工程仿真工具使Cambridge Consultants能够更快地设计创新型医疗设备。

  研发可缩放的人体模型,有助于Cambridge Consultants工程师从设计开始就对天线设计进行回归分析。这样就能够将所需的迭代次数减半,设计时间缩短25%。与传统PIFA和环形天线相比,该公司已经能够将其最新天线设计的射频通信距离增加45%。现场数据也表明仿真的性能与成品结果非常吻合。

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