نرم افزار مدل سازی AnyBody در مهندسی پزشکی

براي تحليل نیروها و حركات اعضاء بدن از مدل‌های اسكلتی-عضلانی استفاده می شود. در اين مدل‌ها تنها استخوان‌بندی و عضلات مدل شده و ساير اجزاء برای ساده‌سازی مدل نمی شوند. استخوان‌ها به عنوان اجزائی صلب كه توسط مفاصل به يگديگر وصل شده و ماهيچه‌ها به عنوان تارهايی كه فقط قابليت ايجاد نيروی كششی را دارند، در نظر گرفته می شوند.

در بین نرم‌افزارهای موجود در زمینه‌ی مدل‌سازی اسکلت-عضلانی یکی از نرم افزار های تخصصی مهندسی پزشکی نرم افزار AnyBody می باشد، نرم‌افزار مدل‌سازی AnyBody به عنوان قوی‌ترین ابزار مدل‌سازی و شبیه سازی  می باشد که نمونه های مدل‌سازی شده در این نرم‌افزار به صورت آزمایشگاهی تأیید شده‌ و مقالات علمی قابل توجهی در زمینه مهندسی پزشکی به آن ارجاع داده شده‌اند، لذا برای بیشتر پروژه های مهندسی پزشکی جهت مدل‌سازی و شبیه سازی بیومکانیکی از نرم‌افزار AnyBody استفاده می شود.

پیدایش نرم افزار تخصصی مدل‌سازی AnyBody

نرم افزار مدل‌سازی AnyBody کاری از گروه AnyBody Technology A/S می‌باشد که می‌تواند رفتار مکانیکی بدن انسان در حین ارتباط با محیط را مدل‌سازی کند که در آن محیط به صورت نیروهای خارجی و شرایط مرزی تعریف می‌شود و کاربر می‌تواند تعدادی از اطلاعات ضبط شده و یا حالت‌هایی از نحوه قرار گرفتن بدن را به مدل اضافه کند. نرم افزار AnyBody پس از ثبت اطلاعات توسط کاربر به محاسبه, مدل‌سازی و شبیه سازی خصوصیات سیستم بدن و محیط اطراف می پردازد.

ما می توانیم از این نرم افزار تخصصی مهندسی پزشکی داده‌های نیروی هر عضله، نیروی اتصالات و مفاصل، متابولیسم بدن ، انرژی الاستیک در تاندون‌ها، رفتار عضله‌های متقابل و غیره را بدست آوریم. نرم افزار مدل‌سازی AnyBody همچنین می‌تواند مدل های خود را چنان مقیاس کند که به هر شخص یا جمعیتی انطباق پیدا کند و همچنین می‌تواند با تعریف پارمتری مدل، امکان همخوانی بین پارامترها برای طراحی و یا بهینه کردن پارمترها، به دلایل خاص را فراهم آورد.

ویژگی های نرم افزار مدل سازی AnyBody در مهندسی پزشکی

۱ – امکان مدیریت مدل عضو یا بدن با جزئیات بی سابقه (تا ۱۰۰۰ عضله)

۲ – به دست آوردن شناخت و اطلاعات بی نظیر از سینتیک داخل بدن برای یک محیط معین

۳ – امکان ایجاد تغییرات در مدل با استفاده از زبان برنامه نویسی AnyScript،

۴ – فراهم سازی امکان طراحی محصول با استفاده از بهینه سازی پارامترهای مدل،

۵ – امکان وارد کردن اطلاعات حاصل از سیستم‌های ضبط حرکات به مدل برای به راه اندازی مدل AnyBody،

۶ – امکان استخراج اطلاعات بدست آمده از تحلیل مدل برای وارد کردن به نرم افزارهای تحلیلی اجزاء محدود،

۷ – امکان اجرا بر روی کامپیوترهای خانگی.

نرم افزار AnyBody در چند سطح مختلف و با توجه به جزئیات لازم برای مدل شبیه سازی شده و کاربرد،مورد استفاده قرار می گیرد:

۱ – بارگذاری یک مدل ایجاد شده توسط شخص دیگر و تغییر پارامترهای ساده‌ای مانند بار یا وضعیت مدل. برای مثال مدل حالت ایستاده بدن که از نمونه‌های آماده این نرم افزار می‌باشد به کاربر اجازه می دهد تا در نقاط معینی بار دلخواه خود را وارد آورده و سپس نرم افزار به محاسبه نیروهای عضلانی می‌پردازد.

۲ – اصلاح مدل ایجاد شده توسط دیگران به گونه‌ای که خواسته‌های کاربر را برآورده کند.

۳ – ایجاد یک مدل جدید با استفاده از عضوهای از پیش ساخته شده که در نمونه‌های آماده این نرم‌افزار موجود می‌باشد و سپس اعمال شرایط مرزی و ساخت محیطی که مدل قرار است با آن اثر متقابل داشته باشد. برای مثال ساخت مدل یک حرکت ورزشی مانند ژیمناستیک بر روی زمین.

۴ – ساخت مدل با استفاده از تنها یک عضو از نمونه‌های آماده نرم‌افزار، این امکان را برای کاربر فراهم می‌سازد که کنترل بیشتری بر روی عضوهایی از بدن که در مدل نقش اساسی را دارند داشته باشد. برای مثال بررسی بیشتر بر روی نیروهای داخلی در تنها یک عضو.

۵ – امکان ساخت یک مدل جدید و محیط مرتبط با آن. این امکان به کاربرانی توصیه می‌شود که علاقمند به گسترش مدل خود می‌باشند اما نمونه‌های آماده این نرم افزار نمی‌تواند تمامی نیازهای آن‌ها را تحت پوشش خود قرار دهد. برای مثال جزئیاتی از قطعات بدن یا یک اتصال و یا مدل حیوانات مختلف.

آشنایی با محیط نرم افزار AnyBody

در  ادامه بخش‌های مختلف نرم افزار AnyBody به صورت کلی نشان داده و توضیح مختصری در مورد بخش های آن داده می شود. ‏

شکل زیر صفحه ابتدائی نرم افزار AnyBod را نشان می‌دهد.

۱ – نرم افزار AnyBod به طور کلی شامل سه بخش می باشد:

– Operations: در این قسمت کلیه فرایند‌هایی که بر روی مدل می‌توان انجام داد (نظیر کالیبراسیون، مطالعه و …) آورده شده است. که مطالعه نیز به تنهای شامل سه بخش می باشد :

• اعمال شرایط اولیه: این بخش به نظارت و بازبینی موقعیت اولیه مدل هنگامی که وضعیت اولیه مکانیسم دچار مشکل شده است کمک می‌کند.
• تحلیل‌ سینماتیکی: این تحلیل‌ شبیه‌سازی حرکت را بدون محاسبه نیروها انجام می‌دهد. در حقیقت دیگر نیازی به هیچ عضله‌ای در مدل نیست.
• تحلیل‌ دینامیک معکوس: در این تحلیل‌ ابتدا حرکت و موقعیت مشخص می‌شود و آنگاه نیروهای عضلانی محاسبه می‌شوند.

–  Model: اطلاعات مربوط به مدل ها (پوشه‌های مدل و تعریف‌های مربوط به آن) در این شاخه قرار می‌گیرند.

–  Files: فایل‌های مرتبط با مدل که در مدل فراخوانی شده‌اند، در این شاخه قرار می‌گیرند.

۲ – در این بخش نتایج حاصل از مطالعه بر روی مدل نشان داده می‌شود.

۳ – نتایج حاصل از اجرای متن برنامه شامل زمان برپایی مدل یا هرگونه خطایی در برپایی مدل در این قسمت نشان داده می‌شود.

۴ – صفحه آغازین نرم‌افزار بوده که به عنوان یاری‌رسان جهت انجام پروژه خاص به کاربر کمک می‌کند.

مهمترین قسمت نرم افزار AnyBody پنجره مربوط به کدنویسی در محیط این نرم‌افزار می باشد که این قسمت در شکل زیر نشان داده شده است.

بخش دیگر نرم افزار AnyBody که بعداز برپایی مدل قابل استفاده می‌باشد، بخش Model View است و شکل کلی مدل ساخته شده را نشان می‌دهد. این پنجره در ‏شکل زیر نشان داده شده است.

همانطور که در ‏شکل بالا مشاهده می شود نوار ابزاری در اختیار کاربر قرار داده شده است تا با استفاده از آن بتواند مدل را از زوایای مختلف نگاه کند و یا از آن به عنوان خروجی عکس بگیرد.

پنجره دیگری که می توان آن را معرفی کرد پنجره ChartFX که امکان تهیه نمودار از نتایج مختلف مدل را به کاربر می‌دهد. این نتایج می‌تواند شامل نیروهای عضلانی، عکس العمل‌های مفاصل و تکیه‌گاه‌ها، موقیعت اعضاء، انرژی ذخیره شده در اجزای الاستیک و غیره باشد. همچنین امکان ذخیره این اطلاعات به صورت فایل متنی و غیره برای استفاده از آن در نرم‌افزارهای دیگر نیز فراهم گردیده است. این پنجره امکانات گسترده‌ای را برای کاربر در انتخاب نوع نمودار اعم از میله‌ای، خطی، سطحی، دایروی، هرمی، سه بعدی و غیره فراهم آورده است.

دانلود رایگان نرم افزار AnyBody

رمز فایل دانلود :www.iranianbme.com

مدرسه مهندسی پزشکی ایران