Sanità: innovazione dei dispositivi medici attraverso la simulazione Ansys

Considerando i tempi attuali, sappiamo che il benessere dei pazienti è attualmente in bilico. Tutti i processi di sviluppo del prodotto sono rigorosi, dispendiosi in termini di tempo e risorse, ma questo è particolarmente vero nel settore sanitario poiché il tempo qui significa vita. L'innovazione dirompente è una preoccupazione eterna quando si tratta di dispositivi medici e nell'assistenza sanitaria, il fallimento del prodotto non è un'opzione in quanto può avere conseguenze disastrose. È qui che entra in gioco la simulazione ingegneristica.

L'applicazione della simulazione ingegneristica durante lo sviluppo di dispositivi medici è il modo migliore per ridurre i guasti e risparmiare tempo e costi. I test clinici non possono affrontare tutte le situazioni possibili a causa della loro portata limitata, quindi oggi le aziende di dispositivi medici stanno adottando test in silico basati su simulazioni ingegneristiche per rilevare e risolvere diversi scenari che ostacolano la produzione e la progettazione di dispositivi medici. Questo è il modo migliore per portare nuovi trattamenti ai pazienti rispettando gli standard di sicurezza e le scadenze dei prodotti. Per salvare vite umane e rispettare le normative oltre a gestire l'affidabilità in termini di progettazione, la simulazione è l'unico modo!

Non è una nuova tendenza utilizzare la simulazione ingegneristica per sviluppare dispositivi sanitari. Infatti, oggi, considerando che può ridurre significativamente tempi e costi, la simulazione viene sfruttata per dimostrare le prestazioni del prodotto durante il processo di approvazione normativa. Progettando e testando le soluzioni per i pazienti in uno spazio di progettazione virtuale, le aziende sanitarie possono portare i prodotti alla fase di lancio molto più velocemente e con un maggiore grado di sicurezza che funzioneranno come previsto nel mondo reale.

Ad esempio, ASME ha collaborato con USFDA e aziende di dispositivi medici per elaborare le linee guida di convalida e verifica 40 (V&V40), che riguardano la "valutazione della credibilità della modellazione computazionale attraverso la verifica e la convalida" per i dispositivi medici. Creando modelli 3D dei prodotti e del corpo umano in un ambiente di progettazione virtuale, gli sviluppatori di prodotti sanitari possono testare e verificare le prestazioni, utilizzando la simulazione e l'esplorazione digitale per apportare modifiche in modo rapido e semplice. La simulazione è ogni giorno molto più veloce, più conveniente e meno invasiva rispetto alla costruzione e al test di prototipi fisici.

Dispositivi medici e dispositivi indossabili innovativi con la simulazione

Fino a poco tempo, era necessario visitare il medico per scaricare i dati dal dispositivo di un paziente per la revisione. Con la tecnologia 5G, l'Internet delle cose medico sta guadagnando più fama e diventerà il nuovo standard. Estenderà sicuramente la connettività e la trasmissione dei dati sanitari dal paziente al medico sia in modo coerente che anche immediatamente quando si tratta di un'emergenza.

L'IoT medico porterà alla medicina P4 che è partecipativa, personalizzata, predittiva e preventiva.

Le aziende stanno inoltre utilizzando la simulazione ingegneristica e la modellazione connessa dei pazienti per sviluppare sistemi che garantiscano un'elevata affidabilità, forniscano la privacy dei dati e accelerino la conformità normativa. Per avere un impatto reale sull'assistenza sanitaria, i dispositivi medici connessi dovrebbero essere in grado di acquisire e interpretare parametri pertinenti e affidabili senza compromettere la sicurezza e il comfort del paziente e fornire informazioni dettagliate ai medici con piena integrità, leggibilità e sicurezza. Le simulazioni multifisiche di Ansys vengono utilizzate in varie fasi della progettazione di questi dispositivi.

Indossabili

Immagine: Carnegie Mellon University

L'uso di dispositivi wireless indossabili è cresciuto negli ultimi anni a causa delle applicazioni effettive e potenziali nel settore sanitario. L'utilizzo di qualsiasi dispositivo wireless vicino al corpo comporta numerose sfide di progettazione.

Le dimensioni, il peso e il consumo energetico del dispositivo devono essere ridotti per renderlo adatto alle persone che lo indossano. Inoltre, l'emissione di potenza del dispositivo non deve causare alcun tipo di rischio per la salute. Allo stesso tempo, il dispositivo deve essere progettato per fornire un segnale di potenza sufficiente nella giusta posizione e anche con una buona ricezione da parte del dispositivo target. Questo nonostante il fatto che il corpo umano possa assorbire una parte significativa di quel segnale. Come riusciamo a progettare un dispositivo, tenendo presente questi parametri e altro? Ebbene, tutti questi possono essere simulati eseguendo simulazioni elettromagnetiche ad alta frequenza in Ansys HFSS.

Un esempio delle storie di successo di Ansys è: è stata sviluppata una soluzione multifisica completa per un microinfusore indossabile utilizzato per erogare insulina nelle giuste quantità in base alle necessità del paziente. Oltre alla modellazione fisica individuale, è stato sviluppato anche un modello di sistema che aiuta i team di prodotto a capire come si comportano i componenti e i controlli quando vengono assemblati in un sistema completamente integrato.

Il software di simulazione Ansys può anche integrare in modo univoco analisi fluide, strutturali, termiche ed elettromagnetiche in un unico ambiente e fornire informazioni sul comportamento dei dispositivi cardiovascolari all'interno del corpo umano.

La simulazione ingegneristica è anche al centro dell'approccio allo sviluppo del prodotto globalizzato. L'ambiente di simulazione flessibile e integrato fornisce una piattaforma di comunicazione comune per supportare l'iniziativa. La simulazione può simulare più scenari come richiesto dalle approvazioni normative locali; le variabili del paziente possono essere testate in silico e i dati di laboratorio umano virtuale possono essere regolati per rappresentare una popolazione locale. Il risultato è un trattamento medico accessibile grazie alla riduzione dei costi di produzione/operativi.

Le soluzioni Ansys Multiphysics possono essere utilizzate per ottenere varie intuizioni basate sulla fisica e a livello di sistema di un dispositivo medico nelle prime fasi della progettazione. Ciò aiuta gli ingegneri a ridurre sia i costi e gli sforzi della prototipazione che i test fisici. Offrendo l'opportunità di condurre studi parametrici sull'intero spazio Design of Experiment e ottimizzando il design, la simulazione è la soluzione perfetta.

Pertanto, dispositivi indossabili e medici sicuri, precisi, durevoli e convenienti possono essere progettati con costi inferiori e un time to market ridotto grazie alla simulazione.

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