MSC联合仿真案例 | 仿真模拟展示褥疮形成原因

MSC联合仿真技术结合Ensight3D揭示褥疮的秘密

据估计，全美医院每年有100万病人深受褥疮困扰，这些创伤是长期被限制在床或轮椅的结果，往往发展成为严重的感染或坏疽。褥疮不仅带来难以置信的痛苦，而且他也可能是致命的，褥疮可以增加4倍的入院死亡率，达到23-37%。还有，褥疮可能延长病人 5 倍住院时间，还会使病人有更大的风险诱发其他疾病。最后，还有资金方面的投入，保守估计全美医院每年在褥疮治疗上花费的资金超过550亿美金。

(资料来自: http://leedergroup.com/bulletins/Bed-sores)

在住院环节、在家庭护理环节、在长期看护环节、在病床设计制造环节，寻找一种方式，有效控制褥疮发生是当务之急。传统的对褥疮研究方式，通常采用长期病例观测的方式，即让人类受试者躺在床上的一段时间，观察是否出现褥疮。

而现在，MSC公司高级工程师Mark Carlson和他的团队开发了一种仿真实验病床，可以在若干个小时内，评估病床设计对褥疮形成的影响，而不是需要几个月的真人测试，并且仿真实验病床不会对测试人员的健康带来风险。

仿真实验病床包含以下内容：首先是基于MSC Marc非线性分析，还有基于MSC Adams的多体动力学分析，以及基于Ensight的三维可视化展示。仿真分析可以揭示褥疮形成的关键因素，以史无前例的精细画面，展示褥疮问题。这可以帮助病床生产商，开发更好的病床，能够最大可能阻止褥疮的形成。

Marc/Adams 联合仿真揭示隐藏的现象

为了更好的研究褥疮形成原因，Mark Carlson 和他的团队研究开发了一种高级的联合仿真方法，它不仅能够使研究者对褥疮研究更彻底，而且更快速，可以加快材料和病床的创新研发以及市场推广。

Carlson采用Adams多体刚体模型为人体建模，人体几何模型由人体模型公TM 司MOD (http://www.lifemodeler.com/Products/lifemod/)提供，位于加州圣克莱门特，人体身体特征参数来自该公司的“人体几何模型数据库”。Adams能够模拟人体15个部位在重力作用下，与病床的相互作用力，并能够考虑复杂的动力学以及关节的运动学特性。

但是，重力导致的压力分布求解只是一个部分工作，接下来，会通过接触算法，求解重力条件下的病床的应力状态。采用MSC的非线性有限元求解器Marc，团队能够开发出病床的有限元模型，包括一个系列的泡沫材料模拟，泡沫分层设置等特性。此外，该小组还能够创建自己的模拟泡沫材料库和配置的场景。

采用联合仿真解决方案，运行两个求解器，同时进行复杂的物理接触面求解以及精确的人体运动学求解，是了解褥疮发展过程以及皮肤表层下全貌的关键技术。更重要的是，团队可以了解和量化哪些参数组合是敏感的，并且可以评估病床设计、病人定位、泡沫材料和其他参数的改变对接触应力以及床面下沉量的影响。通过同步的联合仿真，该小组能够短时间内测试以上的组合，不同的人体特征，不同床的几何形状和泡沫材料对褥疮发展的影响。

良好预期收益

通过MARC / ADAMS联合仿真的研究，病床和其他设备制造商可以直观的看到人体内部的受力情况，以及研究克服困难的方法。

“这种能力就像是安装在身体内部的传感器，并且在身体的表面上，让身体得到一张图片，如何进行互动。这是传统方法不可能的”Carlson说“它的更快、比真人测试更便宜，而在真人测试， 测试人员有并发症的风险。Adams、Marc和EnSight一起联合仿真，我们可以设计不同变量同时运行，在几天内可以得到所有结果，而不是等待几个星期或几个月的物理试验或临床试验的结果。”

Marc/Adams联合仿真解决方案是MSC最早开发的创新技术，现在已经成为成熟的应用模块包。Ensight和它的3D浏览器Enliten可以和MSC公司多个求解器兼容，包括Marc、Adams、Dytran、Nastran，可以进行非常漂亮的结果数据展示。