ヘルスケア：Ansysシミュレーションによる医療機器の革新

公開: 2020-12-01

現在の時代を考えると、患者の福祉は現在バランスが崩れていることがわかります。すべての製品開発プロセスは、厳密で、時間とリソースを大量に消費しますが、ここでの時間は生命を意味するため、これは特にヘルスケア業界に当てはまります。破壊的イノベーションは、医療機器に関しては永遠の懸念であり、ヘルスケアでは、製品の故障は悲惨な結果をもたらす可能性があるため、選択肢にはなりません。これがエンジニアリングシミュレーションの出番です。

医療機器の開発全体にエンジニアリングシミュレーションを適用することは、障害を減らし、時間とコストを節約するための最良の方法です。臨床試験は範囲が限られているため、考えられるすべての状況に対応できるわけではありません。そのため、今日、医療機器企業は、医療機器の製造と設計を妨げるさまざまなシナリオを検出して解決するために、エンジニアリングシミュレーションベースのインシリコ試験を採用しています。これは、安全基準と製品の期限を守りながら、患者に新しい治療法を提供するための最良の方法です。命を救い、規制を遵守し、設計の信頼性を管理するためには、シミュレーションが唯一の方法です。

エンジニアリングシミュレーションを使用してヘルスケアデバイスを開発することは、新しいトレンドではありません。実際、今日では、時間とコストを大幅に削減できることを考慮して、規制当局の承認プロセス中に製品のパフォーマンスを実証するためにシミュレーションが活用されています。仮想設計スペースで患者ソリューションをエンジニアリングおよびテストすることにより、ヘルスケア企業は製品を発売段階にはるかに迅速に推進し、現実の世界で期待どおりに機能するという確信を高めることができます。

たとえば、ASMEは、USFDAおよび医療機器企業と協力して、医療機器の「検証および検証による計算モデリングの信頼性の評価」に関する検証および検証ガイドライン40（V＆V40）を作成しました。ヘルスケア製品の開発者は、仮想設計環境で製品と人体の3Dモデルを構築することにより、シミュレーションとデジタル探索を使用してパフォーマンスをテストおよび検証し、すばやく簡単に変更を加えることができます。シミュレーションは、物理的なプロトタイプを作成してテストするよりもはるかに高速で、費用対効果が高く、侵襲性が低くなります。

医療機器とシミュレーションによるウェアラブルの革新

最近まで、レビューのために患者のデバイスからデータをダウンロードするために医師を訪問する必要がありました。 5Gテクノロジーにより、医療用モノのインターネットはますます有名になり、新しい標準になります。一貫して、また緊急時にすぐに、患者から医師への健康データの接続性と送信を確実に拡張します。

医療IoTは、参加型、パーソナライズされた、予測的、予防的なP4医療につながります。

企業はまた、エンジニアリングシミュレーションと接続された患者モデリングを使用して、高い信頼性を確保し、データプライバシーを提供し、規制コンプライアンスを促進するシステムを開発しています。医療に真の影響を与えるには、接続された医療機器が、患者の安全と快適さを損なうことなく、関連性のある信頼できるパラメータをキャプチャして解釈し、完全な完全性、読みやすさ、セキュリティを備えた洞察を医師に提供できる必要があります。 Ansysのマルチフィジックスシミュレーションは、これらのデバイスの設計のさまざまな段階で使用されます。

ウェアラブル

画像：カーネギーメロン大学

ウェアラブルワイヤレスデバイスの使用は、ヘルスケアにおける実際のおよび潜在的なアプリケーションのために、近年増加しています。体の近くでワイヤレスデバイスを使用するには、多くの設計上の課題が伴います。

デバイスのサイズ、重量、および消費電力は、人々がそれを着用するのに適したものにするために削減する必要があります。また、デバイスの電力放出は、いかなる種類の健康被害を引き起こしてはなりません。同時に、デバイスは、適切な場所に十分な電力の信号を配信するように設計する必要があります。また、ターゲットデバイスによる受信も良好です。これは、人体がその信号のかなりの部分を吸収する可能性があるという事実にもかかわらずです。これらのパラメータなどを念頭に置いて、どのようにデバイスを設計することができますか？これらはすべて、AnsysHFSSで高周波電磁シミュレーションを実行することでシミュレートできます。

Ansysのサクセスストーリーの一例は次のとおりです。患者のニーズに基づいて適切な量のインスリンを供給するために使用されるウェアラブルインスリンポンプ用に、完全なマルチフィジックスソリューションが開発されました。個々の物理モデリングとは別に、製品チームが完全に統合されたシステムに組み立てられたときにコンポーネントとコントロールがどのように動作するかを理解するのに役立つシステムモデルも開発されました。

Ansysシミュレーションソフトウェアは、流体、構造、熱、および電磁分析を単一の環境に独自に統合し、心臓血管デバイスが人体内でどのように動作するかについての洞察を提供することもできます。

エンジニアリングシミュレーションは、グローバル化された製品開発アプローチの中心でもあります。柔軟で統合されたシミュレーション環境は、イニシアチブをサポートするための共通のコミュニケーションプラットフォームを提供します。シミュレーションは、地域の規制当局の承認に応じて、複数のシナリオを模倣できます。患者の変数はinsilicoでテストでき、仮想の人間の検査データは地域の人口を表すように調整できます。その結果、製造/運用コストの削減を通じて手頃な価格の医療が実現します。

Ansys Multiphysicsソリューションを使用すると、設計段階の早い段階で、医療機器のさまざまな物理ベースおよびシステムレベルの洞察を得ることができます。これは、エンジニアがプロトタイピングと物理テストの両方のコストと労力を削減するのに役立ちます。実験計画空間全体にわたってパラメトリック研究を実施する機会を提供し、設計を最適化することにより、シミュレーションは完璧なソリューションです。

したがって、シミュレーションのおかげで、安全で、正確で、耐久性があり、手頃な価格のウェアラブルおよび医療機器を、より少ないコストで、市場投入までの時間を短縮して設計できます。

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