概述
MicroPort 是一家在全球范围内为患者开发救生医疗产品的公司。MicroPort 也是专业生产治疗心律紊乱和心力衰竭的心律管理设备（CRM）制造商。该公司使用 Synopsys 的Simpleware 软件对复杂的起搏器几何结构进行建模，以便更好地理解患者心动过缓和心动过速等情况的治疗方法。MicroPort通常要对研发设备进行既昂贵又耗时的动物测试，在试图减少错误时承担着重大的伦理风险。而基于图像的有限元仿真提供的另一种测试方法，能够减少对动物测试的依赖，降低设备故障风险，并且没有与动物测试类似的伦理风险。
亮点
- 使用人体模型的仿真减少动物试验需求
- 仿真过程快速、高效、成本低
- Simpleware 软件可在网格划分前修复模型
- Simpleware 软件的模型为仿真提供了直接路线
处理躯干模型
MicroPort 由 IT’IS 基金会和美国食品药品监督管理局提供的数据集开发出逼真的几何结构，从而开始了他们的模拟过程。利用 Simpleware 软件先对原始 STL 文件进行处理，分割出用于仿真的感兴趣的区域。Simpleware 软件的易用性允许其对单个部位三角剖分错误（如孔洞、顶点到顶点的连接和非流形边）进行修复。在 Simpleware 软件中进行的处理操作能够使 STL 数据更适合网格划分和仿真。
创建稳健的FE模型
对图像数据分割后，在 Simpleware 软件中导出用于仿真的模型：用于 COMSOL Multiphysics 的体积网格和可用于几何结构编辑和重新划分网格的 NURBS IGES 文件。Simpleware 的网格可以保证严密性、光滑且精准的几何结构以及无缝隙的正确拓扑结构。这种高质量的网格划分水平使 COMSOL Multiphysics 中的网格能够为电磁（EM）仿真做好充分的准备。
生成人体心脏模型
为了改进仿真细节，需要使用 Simpleware 软件处理从单独的数据集中创建的心脏模型。主要任务是在原始心脏模型中添加腔室，并使用图像处理工具从图像数据中去除不必要的细节。Simpleware 软件可以将腔室的分割和模型外表面向实体的封闭以单独的 NURBS 文件形式导出至 COMSOL。
电磁仿真
在 COMSOL Multiphysics 软件中使用 Simpleware 网格测试电极在体内放置和施加电压时组织的电导率，输出为电流通路和心脏内部的电场。将仿真结果与文献进行比较，结果表明根据配置不同，偏差在预期结果的 7-20% 之间。
总结
FE 模型适用于比较不同构造设备的配置，以确定哪种配置更好。该模型可以确定电极的最佳位置、将除颤维持在可接受水平的最佳途径，既简化植入程序又给患者带来舒适。利用这些技术，MicroPort CRM 可以减少对昂贵动物试验的依赖，提高工作流程的效率和准确性。
参考信息
- Maldari, M., Albatat, M., Bergsland, J., Haddab, Y., Jabbour C., Desgreys, P., 2020. Wide Frequency Characterization of Intra-Body Communication for Leadless Pacemakers, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 67（11）, 3223-3233, Nov. 2020.
- 致谢和更多信息请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/pacemaker.html
- 参见Comsol 网站上MicroPort的客户案例：无导线心脏起搏器体内通信研究