生物医疗行业简介

现代生物医学工程是综合生物学、医学和工程学（包括计算机科学、信息科学）的边缘学科，属于高科技领域。其研究领域不仅涉及到人体骨骼结构、血液流动等生命科学，而且涉及到医疗设备、电子仪器等机械、电子等科学领域。

目前在生物医疗行业，由于实验测量手段的限制，昂贵的实验费用，实验设备等局限，生物力学实验研究通常局限于对整体运动分析上，而对其内部运动和受力分布很少涉及，这就造成实验测试不准确，使得设计的产品不合理，生产的产品存在潜在的危险。

随着计算机计算能力提高和数值计算技术的进步，有限元数值分析在结构分析、热场、声场、流体、电磁场以及多场耦合分析能力不断得到拓展。在生物医学工程领域，也逐渐应用有限单元法进行设计和分析，有限元数值分析的地位和作用已经逐渐显现出来并变得日益重要。

生物力学，作为生物医学发展的一个分支，是现代医学和力学综合发展的产物，其研究范围不仅包含流体分析、热场分析、声场分析，也包含结构力学分析、电子场分析以及耦合场分析等研究，涉及问题十分复杂。因此要达到求解和分析的要求，分析软件不但必须具有一般的固体的静态和动态分析功能和流体流动分析功能，而且还应具有解决复杂的热传导、声场、电磁场、以及多物理场耦合问题的能力，并且对于非线性静力/动力、以及各种复杂的复合高度非线性问题的求解方面都应具有良好的解决方案。此外，由于医学系统结构十分复杂，并很难简化，例如人体骨骼系统等，设计软件往往还要求能够模拟复杂的载荷和边界条件，因此分析软件不仅应该具有很强的数值运算能力和高效的求解技术，还应该具有快速生成高质量网格的技术、方便的前后处理技术、方便的操作环境以及良好的开放性特征。

生物医疗分析案例

下图是利用医疗软件输出的足部图片借助mimics和ansa构造出有限元网格模型，在abaqus进行求解。

足部骨骼及韧带附着点示意图

模型加载及边界条件                           有限元预测压力中心与实验测量结果对比

                                                             骨骼应力云图

                                       高跟鞋后不同步态周期下对足部关节和韧带的影响