2024年上线的生物医学建模与仿真视频课
生物医学仿真视频课更新10讲加餐
介绍一个脊柱生长案例建模的完整操作技术细节以及简化建模、计算收敛和调试思路，加量不加价。
好久不见。
这一篇内容（以及后续应该还会有的一篇内容）我真的想写很久了。清明假期得空，终于有机会把这段小故事讲出来，也把这些视频教程更新出来。
前情提要：
2024年末，我在博士毕业期间，在仿真秀上线了一套视频课，正式标题是《医学和生物力学建模仿真入门13讲》——自学Mimics/Inspire Studio /Abaqus/Hyperworks 口腔生物医学建模与仿真关键技术。
在这门课程里，我以口腔正畸的建模与仿真为例介绍了生物医学建模与仿真的全流程。课程定价199元，偶尔还有特价优惠活动。完全不是为了赚多少钱（也赚不了多少钱，仿真秀标注的播放量并不代表购买量），只是为了给博士生涯做一个圆满的收尾。现在，这门课程的内容有了一大 波重大更新，补充了一个骨科脊柱生长仿真的案例，加量不加价，还卖199.
案例基本情况介绍
我补充的加餐视频一共10段，总时长超过270分钟。
这个案例，完整介绍了一个脊柱生长过程仿真论文的建模及简化思路，以及逐步调试的所有技术细节。
原始论文是由一个加拿大蒙特利尔理工学院和加拿大圣贾斯汀大学医院中心（Polytechnique Montreal，Sainte‐Justine University Hospital Center）的两位研究人员完成的。这个课题组自2000年起开始研究脊柱的仿真建模与实际患者的对标，2022年发表的最新文章，使用仿真模拟了脊柱弯曲患者在佩戴脊柱矫正支架一段时间后，脊柱的生长发育情况。
该团队2004年发表的论文中的截图
2022年论文中，他们使用热膨胀模拟了脊柱的生长发育情况
[1] Périé D, Aubin C E, Petit Y, et al. Personalized biomechanical simulations of orthotic treatment in idiopathic scoliosis [J]. Clinical Biomechanics, 2004, 19(2): 190–195.
[2] Guy A, Aubin C. Finite element simulation of growth modulation during brace treatment of adolescent idiopathic scoliosis [J]. Journal of Orthopaedic Research, 2023, 41(9): 2065–2074.
我更新的这10段视频，从目录就可以看到，将整个建模流程从Mimics提取数据、到SCDM创建肋骨、脊柱，到Mechanical分析验证、连接方式、矫治器的施加、讲到脊柱生长的模拟方式。从建模和仿真技术的角度，把这个案例的大部分建模技术完整重复了出来。——之所以是“大部分”，是因为原始论文中还有一些对身体自重进行补偿的部分我没有重现出来，并且最重要的，生长相关的参数没有和实验对标。仅仅是从建模和有限元仿真方法的角度进行了讲解。
我最终建好的模型，以及网格（皮肤和矫治器隐藏以展示肋骨和脊柱） 这个案例，原始论文中就使用了梁单元来描述肋骨，同时将每一节椎骨和椎间盘大幅度简化成了类似圆柱体的实体单元。对于它的分析目的来说，这种简化非常有效，我非常欣赏原作者的简化思路。在我的视频里，也在相应位置详细介绍了为什么这个案例要如此进行简化，以及具体如何完成简化。 当然，我知道生物医学建模和仿真有很多细分方向，即使同为骨科，不同的分析目标可能简化方式与这个案例也不太相同。但还是希望课程内容对你有一些帮助、启发。 ——毕竟，对于原本最需要这个案例的那位大夫来说，我已经不指望这些视频能帮到她什么了。
案例背后的故事
这是一个很不圆满的故事。
其实也没什么复杂的，就是项目没谈拢，和甲方不欢而散。说起来也不是什么特别光彩的事情。
最初我把这套生物力学建模与仿真课程在仿真秀上线的时候，就希望能在课程后面补充一个实际的、不属于正畸领域的生物医学仿真案例。难度别太大，太难了我没能力也没时间完成它。
刚好在差不多的时间，仿真秀这边有一个项目找到我。甲方是云南大学一位骨科医生，我就不在这里提她的名字了。甲方希望我复现出上面提到的论文里脊柱生长的仿真过程。
甲方的总预算是8000元。想把模型建出来，还想和实验对上，实际模拟患者的矫治过程，而且还想让我把她们教会，这样后面她们还有几十位患者需要分析。
稍微有点常识的朋友也能猜到——别人十好几年一步一步研究出来的结果，你不到一万块就想复现，还要和实验对上……可想而知，业内没人接这个活儿。所以倒霉催的就落我手里了。
我也不是图这点钱，所以我在一开始就和甲方说得很清楚：我的目的是为我的课程丰富一个案例。所以我会录视频，但录完视频我也会放进我的课程里面。我只给你们讲操作方法，不帮你们做那么多患者的分析。
然而毕业后，我的时间远比我想象中要少。
其实我从头到尾都没有错估这个项目的技术难度。虽然执行过程中遇到一些困难，但技巧上的问题都是可以解决的。毕竟这个模型说到底，就是一些梁单元而已，脊柱还简化成了一个柱体，都没有每一节椎骨后面那些复杂的几何特征。
但毕竟，毕业以后的生活状态和读博期间已经完全不同。
从去年12月到今年3月初，我每天晚上回到家都在想着这个项目的下一个技术难点如何解决。过年出游的路上也不能安生，心里一直揣着这事。直到2月底，我终于把所有建模涉及到的技术点走通了。
从三月开始，我的时间更加紧张，实在没有能力继续完成后续分析。甲方表示，按照合同，我没和实验对上，要退款60%。然而，甲方从头到尾，除了最初给我的CT扫描数据与STL几何以外，再没有能提供任何有参考价值的信息。我画的脊椎骨、矫治器几何，全是我猜测画出来的。
那天我忙的昏天黑地，连和甲方打电话吵一架的时间都没有。何况一共就几千块的事，我实在犯不上跟她费那个口舌。我只在午休时间抽出了五分钟，和仿真秀的老师表达了一下我的诉求——其实也没啥诉求，就是她想咋办都行随便，老子不伺候了。你爱给我多少钱就多少钱，反正我图的也不是你这仨瓜俩枣。
呵呵，3200块，你雇不到一个清洁工给你扫一个月的地，但是可以让我花三个多月的下班时间和精力，给你录出10段操作视频，从头到尾给你讲明白一个仿真案例怎么建模、软件怎么操作、怎么调试，以及为什么这么做。
——当然，以后再也不会有了。无论这个项目结束的是否顺利，这都会是我在可见的未来接的最后一个仿真代做项目。这件事从我毕业之前就已想好，不是因为我被这个项目伤了心或者什么……如果真是为了赚这点钱，我也不会接这个活儿。这个项目只是我毕业向生物力学研究领域做的告别，的一个没能顺利收好的尾声。
非常感谢愿意看到这里的读者。你现在可以只花不到200元，就看到这些视频，同时再附赠我前面录的一共13讲、21段生物力学建模与仿真视频课
但其实我知道，这10讲的加餐哪怕对于大部分做生物医学仿真相关研究的朋友们也没有那么大的价值，毕竟不是每个人都需要给十几位患者矫正脊柱侧弯。
仿真从业者的悲哀与幸运
其实，虽然前面我写的这些看上去是在控诉甲方预算太低、钱给的太少，但实际上，就算把预算翻10倍，我能投入的时间精力也还是有限，还是只能完成到现在这个程度。只不过预算翻10倍的话，这个项目就不会由我接手，而是会有更有经验的生物医学方向的专职仿真工程师跟进，并且应该至少能和实验对标做很多轮探索。这一段落的标题，我最初是想写“为什么我不建议你从事生物力学研究工作”来着。但梳理下来，其实这个问题并不仅限于生物力学分析，而是整个仿真行业的通病。所以我就把标题改成了现在这个样子。不管你是否相信，这个脊柱生长的项目，以及它的结局，其实是很符合我对生物医学仿真这个研究领域的认知。医生，是一个好职业。医生可以有很长的职业生涯和上升阶梯，在专业知识上的积累可以持续一生，而且这个职业总体上非常受人尊敬，也颇有职业成就感。医生在医院里要评高级职称，需要发表研究论文。依靠仿真技术来研究医疗案例，相对还算比较容易发表SCI论文，所以医生掌握一点有限元仿真软件操作技能，也是一个很有前途的方向。——这就好像是机械设计工程师懂点仿真能锦上添花一样。但对于专业的CAE从业者来说，生物医学方向的CAE仿真，对大多数人来说或许并不是一个很好的职业选择。因为至少据我能接触到的案例来讲，大多数生物医学方向的CAE仿真，其最终目标就只是发表论文讲一个看上去还算合理的故事。各种生物软组织的物理性能非常复杂，大部分研究者并没有技术能力、资源和条件，去把每一种复杂的生物软组织材料参数测试准确，所以从文献中找材料参数就是这个领域研究的常态。但偏偏，生物组织的许多物理属性又有差异：人和动物有差异、活体和死体有差异、甚至人和人之间还有极大的个体差异。没有准确的输入，拿着从小鼠、兔子身上测出来的材料参数，或者拿着十几年前从一个日本\德国\美国人器官上测出来的材料参数，去一视同仁地模拟不同年龄、不同身体条件的患者，仿真结果当然不可能算准。能大概算出一个趋势已经算是不错了。更多的时候，仿真只能沦为colorful drawing，让论文作者对着仿真云图结果看图说话。很多牙齿正畸方向的SCI论文里，作者对着牙周膜的von-Mises应力结果一通分析，本质上连应力度量都选错了，但还是可以发表论文。只要能发表论文也就够了，全世界大抵都一样。当然不是所有生物医学CAE分析都像这样没有意义。如果你在一个足够大的平台，能够接触到足够多的患者数据，又有足够多的经费和扎实的需求支持你开展研究，那这对你来说就是一个好行业。比如在正畸领域，像正雅、时代天使这样的隐形矫治公司，当然非常需要通过力学分析来不断优化正畸治疗方案和算法。比如达索SIMULIA的living heart project，据说最新一期成果已经实现了一个参数化的仿真模型，可以通过调整适应不同患者的情况，用仿真研究与心脏跳动有关的物理过程，这当然是一个性命攸关、非常有挑战又非常让人兴奋的课题。其实，不仅是生物医学领域，其他行业的CAE仿真也大抵如此。CAE仿真是一项通用的技术，物理规律、底层的控制方程在地球上每个角落都一样。汽车、建筑、船舶、桥梁……都需要CAE仿真。所以CAE仿真的价值，其实是和你研究的产品绑定的。用CAE研究汽车碰撞安全，汽车可以年产数万台，你的研究可以创造倍增的价值。用CAE研究核电站、盾构机、芯片制造设备……你是真的在为国之重器添砖加瓦。仿真替代的实验越昂贵、设备失效的成本越高，这个行业对仿真的需求就越迫切，CAE仿真的价值也就越大。很多其实无关紧要的仿真，组织要的其实就是那一份云图和分析报告，给领导、客户去交差。这种活儿其实很好干，你不需要去刨根问底研究真实的结果是什么，只需要算出一个云图交出去就好。但仿真从业者真正的悲哀也在于此，你的领导、你的组织并不真的关心仿真的结果是什么样，你的价值也就仅此而已。而对于那些真正重要的仿真来说，没有实验条件，就砸几百上千万去建实验室；材料参数不准，用DOE设计参数方案反复计算几百次、从一个元器件开始反复和实验对标也要把它测准。这样的工作很困难，因为你不能蒙混过关，仿真必须给出一个可靠的结论。但若有机会从事这样的工作，对仿真工程师来说，可谓是最大的幸运。当然，人各有志，前一种仿真不必和实验结果较真，可能也会来得更轻松。愿你能得偿所愿，找到你喜欢的那份仿真工作。
尾声——不必太过悲观
我前面聊了很多对生物医学仿真这个领域的负面看法。但其实，如果你已经身在局中，大可不必太过悲观。一方面，我提到的问题其实并不只是生物医学仿真这一个领域的问题。在很多很多其他领域里，还有更多的研究可能永远不会有得到落地应用的机会。生物医学方面的仿真，至少有明确的应用对象，你的研究真的有希望帮助那些患者获得更有尊严的生活。另一方面，即使你是这个方向的研究生，而且毕业以后不打算继续从事生物医学相关的CAE仿真研究工作，那CAE仿真这项技能也具备足够的通用性。生物医学领域的CAE研究很大程度上都依赖于迁移创新，把其他领域成熟的技术拿过来用（这其实也是几乎所有工科的普遍现象）。想要做好生物医学的CAE仿真，你也要对CAE这个技术领域有全局的技术视野，才能选择最合适的技术和简化方式应用在你的研究对象上。而如果未来你想接触到那些投资巨大的国之重器，你也首先需要一个硕士或博士学位，才能进得去相关的研究机构。最后，就像我做的这个项目一样，虽然它难度很大，经济收益很小，但它还是有着明确的需求。世界上有那么多的需求，因为预算不够而暂时不能被满足。我辈的一项使命就是不断探索新的技术和应用，然后不断降低它的门槛，让后来者不必重走我们探索的路，让后来者可以用能够接受的低成本实现他们想要的分析。好了，毕竟是我自己的公 众号，我想写啥就写啥。感谢清明节假期，真的是让我聊了个痛快。加餐的案例模型，我会抓紧时间整理一下，在4月结束之前上传云盘。包括参考论文、一份原始CT扫描数据，和我建好的一个SCDM模型和一个Workbench算例。因为项目没能顺利结束，所以模型的分析并不能重现出论文的细节，但应该还是能够对一些朋友有帮助。反正肯定对得起我标的199的价格。
