اختيار المواد في الأجهزة الطبية: الحسابات الهندسية للدوام والقابلية للمقارنة

ويعد اختيار المواد المناسبة للأجهزة الطبية أمرا أساسيا لضمان السلامة، والقدرة على الاستمرار، والتوافق مع الجسم البشري، ويقوم المهندسون بإجراء حسابات مختلفة لتقييم الأداء المادي في ظروف مختلفة، وتناقش هذه المادة الاعتبارات والحسابات الرئيسية التي تنطوي عليها عملية اختيار المواد للأجهزة الطبية.

مقاييس الصلاحية الميكانيكية

وتكتسي الممتلكات الميكانيكية، مثل القوة الخفية والحد من الإرهاق ومقاومة التأثير، أهمية حاسمة بالنسبة لطول الجهاز، ويحسب المهندسون أقصى ضغط يمكن أن تتحمله المواد أثناء العملية لمنع الفشل، والصيغ الأساسية للإجهاد هي:

Stress (The) = Force (F) / Area (A)]

ويقوم المهندسون، بتحليل القوات المتوقعة أثناء الاستخدام، باختيار مواد لها هوامش قوة كافية، ويقدر أن الحياة الفاتاغية تستخدم منحنى S-N، مما يتصل بمستويات الإجهاد بعدد الدورات التي تفشل.

التوافق البيولوجي والقابلية للاختتام

ويجب أن تكون المواد متوافقة مع الأنسجة والسوائل البيولوجية، ويقوم المهندسون بتقييم مقاومة التآكل، والاستقرار الكيميائي، والسمية المحتملة، وتشمل الحسابات تقييمات لمعدلات التآكل ونماذج التفاعل الكيميائي.

فعلى سبيل المثال، يمكن تقدير معدل التآكل على النحو التالي:

CR = (Weight loss)/ (Area × Time)]

ويساعد ذلك على تحديد ما إذا كان يمكن للمواد أن تتحمل التعرض الطويل الأجل دون مواد مهينة أو محررة.

الممتلكات الحرارية والكهربائية

وكثيرا ما تتطلب الأجهزة الطبية مواد ذات خصائص حرارية وكهربائية محددة، وتشمل الحسابات السلوك الحراري، والحرارة المحددة، والقدرة على المقاومة الكهربائية لضمان حسن الأداء والسلامة.

وللتحليل الحراري، يستخدم قانون فورييه:

Q = -k × A × (DT / x) ]

حيث يكون معدل انتقال الحرارة (ك) هو السلوك الحراري (أ) هو المنطقة، (دي تي) هو الفرق في الحرارة، و(داكس) سميك، وهذه الحسابات ترشد الاختيار المادي لمنع التسخين المفرط أو الفشل الكهربائي.