الرعاية الصحية: ابتكار الأجهزة الطبية من خلال محاكاة Ansys

بالنظر إلى الأوقات الحالية ، نعلم أن رفاهية المرضى معلقة حاليًا في الميزان. جميع عمليات تطوير المنتجات صارمة ، وتستغرق وقتًا طويلاً ، وتستهلك موارد كثيرة ، لكن هذا صحيح بشكل خاص في صناعة الرعاية الصحية لأن الوقت هنا يعني الحياة. الابتكار التخريبي هو مصدر قلق دائم عندما يتعلق الأمر بالأجهزة الطبية والرعاية الصحية ، فإن فشل المنتج ليس خيارًا لأنه يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه المحاكاة الهندسية.

يعد تطبيق المحاكاة الهندسية في جميع مراحل تطوير الأجهزة الطبية أفضل طريقة ممكنة لتقليل الفشل وتوفير الوقت والتكلفة. لا يمكن للاختبار الإكلينيكي أن يعالج كل المواقف الممكنة بسبب نطاقه المحدود ، لذلك تتبنى شركات الأجهزة الطبية اليوم محاكاة هندسية قائمة على اختبار السيليكو لاكتشاف وحل السيناريوهات المختلفة التي تعيق إنتاج وتصميم الأجهزة الطبية. هذه هي أفضل طريقة لتقديم علاجات جديدة للمرضى مع تلبية معايير السلامة وكذلك المواعيد النهائية للمنتج. من أجل إنقاذ الأرواح والامتثال للوائح وكذلك إدارة الموثوقية من حيث التصميم ، فإن المحاكاة هي الطريقة الوحيدة!

ليس اتجاهًا جديدًا لاستخدام المحاكاة الهندسية لتطوير أجهزة الرعاية الصحية. في الواقع ، اليوم ، بالنظر إلى أنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من الوقت والتكاليف ، يتم الاستفادة من المحاكاة لإثبات أداء المنتج أثناء عملية الموافقة التنظيمية. من خلال هندسة واختبار حلول المرضى في مساحة تصميم افتراضية ، يمكن لشركات الرعاية الصحية دفع المنتجات إلى مرحلة الإطلاق بشكل أسرع ، وبدرجة أعلى من الثقة في أنها ستعمل كما هو متوقع في العالم الحقيقي.

على سبيل المثال ، عملت ASME مع USFDA وشركات الأجهزة الطبية للتوصل إلى إرشادات التحقق والتحقق 40 (V & V40) ، والتي تتعلق "بتقييم مصداقية النمذجة الحاسوبية من خلال التحقق والتحقق" للأجهزة الطبية. من خلال بناء نماذج ثلاثية الأبعاد للمنتجات والجسم البشري في بيئة تصميم افتراضية ، يمكن لمطوري منتجات الرعاية الصحية اختبار الأداء والتحقق منه ، باستخدام المحاكاة والاستكشاف الرقمي لإجراء تعديلات بسرعة وسهولة. المحاكاة هي في أي يوم أسرع بكثير وأكثر فعالية من حيث التكلفة وأقل توغلًا من بناء النماذج الأولية واختبارها.

الأجهزة الطبية وابتكار الأجهزة القابلة للارتداء مع المحاكاة

حتى وقت قريب ، كان من الضروري زيارة الطبيب لتنزيل البيانات من جهاز المريض لمراجعتها. مع تقنية 5G ، تكتسب إنترنت الأشياء الطبي المزيد من الشهرة وستصبح المعيار الجديد. من المؤكد أنه سيوسع اتصال البيانات الصحية ونقلها من المريض إلى الطبيب على أساس ثابت وأيضًا على الفور عندما تكون حالة طارئة.

سوف يؤدي إنترنت الأشياء الطبي إلى طب P4 الذي يكون تشاركيًا وشخصيًا وتنبئيًا ووقائيًا.

تستخدم الشركات أيضًا المحاكاة الهندسية ونمذجة المرضى المتصلة لتطوير أنظمة تضمن موثوقية عالية وتوفر خصوصية البيانات وتسريع الامتثال التنظيمي. لإحداث تأثير حقيقي على الرعاية الصحية ، يجب أن تكون الأجهزة الطبية المتصلة قادرة على التقاط وتفسير المعلمات ذات الصلة والموثوقة دون المساس بسلامة المريض وراحته ، وتقديم رؤى للأطباء بنزاهة وقابلية قراءة وأمان كاملة. تُستخدم محاكاة Ansys's Multiphysics في مراحل مختلفة في تصميم هذه الأجهزة.

أجهزة قابلة للارتداء

الصورة: جامعة كارنيجي ميلون

ازداد استخدام الأجهزة اللاسلكية القابلة للارتداء في السنوات الأخيرة بسبب التطبيقات الفعلية والمحتملة في مجال الرعاية الصحية. ينطوي استخدام أي جهاز لاسلكي قريب من الجسم على العديد من تحديات التصميم.

يجب تقليص حجم الجهاز وأوزانه واستهلاكه للطاقة حتى يكون مناسبًا للناس في ارتدائه. أيضًا ، يجب ألا يتسبب انبعاث الطاقة للجهاز في أي نوع من المخاطر الصحية. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون الجهاز مصممًا لإيصال إشارة طاقة كافية إلى الموقع الصحيح ، وذلك أيضًا مع استقبال جيد من قبل الجهاز المستهدف. هذا على الرغم من حقيقة أن جسم الإنسان قد يمتص جزءًا كبيرًا من تلك الإشارة. كيف ندير تصميم جهاز ، مع مراعاة هذه المعلمات والمزيد؟ حسنًا ، يمكن محاكاة كل هذه من خلال إجراء عمليات محاكاة كهرومغناطيسية عالية التردد في Ansys HFSS.

أحد الأمثلة على قصص النجاح في Ansys هو: تم تطوير حل Multiphysics كامل لمضخة الأنسولين القابلة للارتداء والتي تستخدم لتوصيل الأنسولين بالكميات المناسبة بناءً على حاجة المريض. بصرف النظر عن النمذجة المادية الفردية ، تم أيضًا تطوير نموذج نظام يساعد فرق المنتج على فهم كيفية تصرف المكونات وعناصر التحكم عند تجميعها في نظام متكامل تمامًا.

يمكن لبرامج المحاكاة Ansys أيضًا أن تدمج بشكل فريد تحليلات السوائل والهيكلية والحرارية والكهرومغناطيسية في بيئة واحدة وتوفر رؤى حول كيفية تصرف أجهزة القلب والأوعية الدموية داخل جسم الإنسان.

تعد المحاكاة الهندسية أيضًا في صميم نهج تطوير المنتجات المعولم. توفر بيئة المحاكاة المرنة والمتكاملة منصة اتصال مشتركة لدعم المبادرة. يمكن أن تحاكي المحاكاة سيناريوهات متعددة حسب ما تتطلبه الموافقات التنظيمية المحلية ؛ يمكن اختبار متغيرات المريض في silico ، ويمكن تعديل بيانات المختبر البشري الافتراضي لتمثيل السكان المحليين. والنتيجة هي علاج طبي ميسور التكلفة من خلال خفض تكاليف التصنيع / التشغيل.

يمكن استخدام حلول Ansys Multiphysics للحصول على رؤى متنوعة تستند إلى الفيزياء ومستوى الأنظمة لجهاز طبي في مرحلة مبكرة من مرحلة التصميم. هذا يساعد المهندسين على خفض تكلفة ومجهود النماذج الأولية وكذلك الاختبارات المادية. من خلال توفير الفرصة لإجراء دراسات بارامترية على التصميم الكامل لمساحة التجربة وتحسين التصميم ، فإن المحاكاة هي الحل الأمثل.

لذلك ، يمكن تصميم الأجهزة الطبية والأجهزة القابلة للارتداء الآمنة والدقيقة والمتينة وبأسعار معقولة بتكلفة أقل ووقت أقل للتسويق بفضل المحاكاة.

هل لديك أي أفكار حول هذا؟ أخبرنا أدناه في التعليقات أو انقل المناقشة إلى Twitter أو Facebook.

توصيات المحررين:

• "الذكاء الاصطناعي (AI) هو مستقبل الرعاية الصحية" ، بحث رائد أجراه Angel Alberich-Bayarri
• تضيف T-Mobile رقمًا 988 لربط العملاء على الفور بخدمات الصحة العقلية
• أدوات رقمية لمساعدتك على البقاء بصحة جيدة
• وفقًا لدراسة جديدة ، يمكن أن تكون ألعاب الفيديو مفيدة للصحة العقلية