การดูแลสุขภาพ: นวัตกรรมอุปกรณ์การแพทย์ผ่านการจำลอง Ansys

เมื่อพิจารณาจากยุคปัจจุบัน เราทราบดีว่าสวัสดิภาพของผู้ป่วยอยู่ในภาวะสมดุล กระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทั้งหมดมีความเข้มงวด ใช้เวลานาน และใช้ทรัพยากรมาก แต่สิ่งนี้เป็นความจริงอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพ เนื่องจากเวลาหมายถึงชีวิต นวัตกรรมที่ก่อกวนเป็นปัญหาที่คงอยู่ตลอดไปเมื่อพูดถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์และในการดูแลสุขภาพ ความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ไม่ใช่ทางเลือก เนื่องจากอาจส่งผลกระทบร้ายแรง นี่คือที่มาของการจำลองทางวิศวกรรม

การประยุกต์ใช้การจำลองทางวิศวกรรมตลอดการพัฒนาอุปกรณ์ทางการแพทย์เป็นวิธีที่ดีที่สุดเพื่อลดความล้มเหลวและประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย การทดสอบทางคลินิกไม่สามารถแก้ไขทุกสถานการณ์ที่เป็นไปได้เนื่องจากมีขอบเขตจำกัด ดังนั้นในปัจจุบันบริษัทอุปกรณ์ทางการแพทย์จึงใช้การจำลองทางวิศวกรรมในการทดสอบซิลิโกเพื่อตรวจจับและแก้ไขสถานการณ์ต่างๆ ที่ขัดขวางการผลิตและการออกแบบเครื่องมือแพทย์ นี่เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการนำการรักษาใหม่ๆ มาสู่ผู้ป่วยในขณะที่ได้มาตรฐานความปลอดภัยตลอดจนกำหนดเวลาของผลิตภัณฑ์ เพื่อช่วยชีวิตและปฏิบัติตามกฎระเบียบตลอดจนจัดการความน่าเชื่อถือในแง่ของการออกแบบ การจำลองเป็นวิธีเดียว!

ไม่ใช่เทรนด์ใหม่ที่จะใช้การจำลองทางวิศวกรรมเพื่อพัฒนาอุปกรณ์ดูแลสุขภาพ ในความเป็นจริง ในปัจจุบัน เนื่องจากสามารถลดเวลาและค่าใช้จ่ายได้อย่างมาก การจำลองจึงถูกนำมาใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ในระหว่างกระบวนการอนุมัติตามกฎระเบียบ ด้วยวิศวกรรมและการทดสอบโซลูชันผู้ป่วยในพื้นที่ออกแบบเสมือนจริง บริษัทด้านการดูแลสุขภาพสามารถขับเคลื่อนผลิตภัณฑ์ไปยังขั้นตอนการเปิดตัวได้เร็วยิ่งขึ้น และด้วยระดับความมั่นใจที่สูงขึ้นว่าพวกเขาจะทำงานตามที่คาดไว้ในโลกแห่งความเป็นจริง

ตัวอย่างเช่น ASME ได้ทำงานร่วมกับ USFDA และบริษัทอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อจัดทำแนวทางการตรวจสอบและการตรวจสอบความถูกต้อง 40 (V&V40) ซึ่งเกี่ยวข้องกับ “การประเมินความน่าเชื่อถือของแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ผ่านการตรวจสอบและการตรวจสอบ” สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ ด้วยการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของผลิตภัณฑ์และร่างกายมนุษย์ในสภาพแวดล้อมการออกแบบเสมือนจริง นักพัฒนาผลิตภัณฑ์ด้านการดูแลสุขภาพสามารถทดสอบและตรวจสอบประสิทธิภาพ โดยใช้การจำลองและการสำรวจทางดิจิทัลเพื่อทำการปรับเปลี่ยนอย่างรวดเร็วและง่ายดาย การจำลองทำได้เร็วกว่ามาก คุ้มค่ากว่า และมีการบุกรุกน้อยกว่าการสร้างและทดสอบต้นแบบทางกายภาพ

อุปกรณ์ทางการแพทย์และนวัตกรรมอุปกรณ์สวมใส่ด้วยการจำลอง

ก่อนหน้านี้จำเป็นต้องไปพบแพทย์เพื่อดาวน์โหลดข้อมูลจากอุปกรณ์ของผู้ป่วยเพื่อตรวจสอบ ด้วยเทคโนโลยี 5G ทำให้ Medical Internet of Things กำลังได้รับชื่อเสียงมากขึ้นและจะกลายเป็นมาตรฐานใหม่ แน่นอนว่ามันจะขยายการเชื่อมต่อและการส่งข้อมูลด้านสุขภาพจากผู้ป่วยไปยังแพทย์ทั้งอย่างสม่ำเสมอและในทันทีเมื่อมีเหตุฉุกเฉิน

IoT ทางการแพทย์จะนำไปสู่ยา P4 ที่มีส่วนร่วม เฉพาะบุคคล คาดการณ์ล่วงหน้า และป้องกันได้

บริษัทต่างๆ ยังใช้การจำลองทางวิศวกรรมและการสร้างแบบจำลองผู้ป่วยที่เชื่อมต่อเพื่อพัฒนาระบบที่รับรองความน่าเชื่อถือสูง ให้ความเป็นส่วนตัวของข้อมูล และเร่งการปฏิบัติตามกฎระเบียบ ในการสร้างผลกระทบอย่างแท้จริงต่อการดูแลสุขภาพ อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่เชื่อมต่อควรสามารถจับและตีความพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องและเชื่อถือได้โดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยและความสะดวกสบายของผู้ป่วย และให้ข้อมูลเชิงลึกแก่แพทย์ด้วยความสมบูรณ์ ความสามารถในการอ่านและการรักษาความปลอดภัยอย่างเต็มที่ การจำลอง Multiphysics ของ Ansys ถูกนำมาใช้ในขั้นตอนต่างๆ ในการออกแบบอุปกรณ์เหล่านี้

อุปกรณ์สวมใส่

ภาพ: มหาวิทยาลัย Carnegie Mellon

การใช้อุปกรณ์ไร้สายแบบสวมใส่ได้เติบโตขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอันเนื่องมาจากการใช้งานจริงและมีความเป็นไปได้ในด้านการดูแลสุขภาพ การใช้อุปกรณ์ไร้สายใดๆ ที่อยู่ใกล้กับร่างกายนั้นเกี่ยวข้องกับความท้าทายด้านการออกแบบมากมาย

ต้องลดขนาด น้ำหนัก และการใช้พลังงานของอุปกรณ์เพื่อให้เหมาะกับผู้ที่สวมใส่ นอกจากนี้ การปล่อยพลังงานของอุปกรณ์จะต้องไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพแต่อย่างใด ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ต้องได้รับการออกแบบให้ส่งสัญญาณที่มีกำลังไฟเพียงพอไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง และส่งสัญญาณนั้นด้วยอุปกรณ์เป้าหมายที่รับสัญญาณได้ดี แม้ว่าร่างกายมนุษย์อาจดูดซับส่วนสำคัญของสัญญาณนั้น เราจะจัดการออกแบบอุปกรณ์โดยคำนึงถึงพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างไรและอื่น ๆ ได้อย่างไร ทั้งหมดนี้สามารถจำลองได้โดยการจำลองด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงใน Ansys HFSS

ตัวอย่างหนึ่งของเรื่องราวความสำเร็จที่ Ansys คือ: โซลูชัน Multiphysics ที่สมบูรณ์ได้รับการพัฒนาสำหรับ ปั๊มอินซูลินแบบสวมใส่ได้ ซึ่งใช้ในการส่งอินซูลินในปริมาณที่เหมาะสมตามความต้องการของผู้ป่วย นอกเหนือจากการสร้างแบบจำลองทางกายภาพแต่ละรายการแล้ว โมเดลระบบยังได้รับการพัฒนาที่ช่วยให้ทีมผลิตภัณฑ์เข้าใจว่าส่วนประกอบและการควบคุมทำงานอย่างไรเมื่อประกอบเข้าในระบบที่ผสานรวมอย่างสมบูรณ์

ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ของ Ansys ยังสามารถรวมการวิเคราะห์ของเหลว โครงสร้าง ความร้อน และแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไว้ด้วยกันในสภาพแวดล้อมเดียว และให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอุปกรณ์หัวใจและหลอดเลือดในร่างกายมนุษย์

การจำลองทางวิศวกรรมยังเป็นหัวใจสำคัญของแนวทางการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เป็นสากล สภาพแวดล้อมการจำลองแบบบูรณาการที่ยืดหยุ่นทำให้มีแพลตฟอร์มการสื่อสารร่วมกันเพื่อสนับสนุนความคิดริเริ่ม การจำลองสามารถเลียนแบบได้หลายสถานการณ์ตามที่การอนุมัติด้านกฎระเบียบในท้องถิ่นกำหนด ตัวแปรของผู้ป่วยสามารถทดสอบได้ในซิลิโก และสามารถปรับข้อมูลห้องปฏิบัติการของมนุษย์เสมือนเพื่อเป็นตัวแทนของประชากรในท้องถิ่นได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือการรักษาพยาบาลในราคาที่ไม่แพงด้วยต้นทุนการผลิต/การดำเนินงานที่ลดลง

โซลูชัน Ansys Multiphysics สามารถใช้เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกระดับระบบและฟิสิกส์ต่างๆ ของอุปกรณ์ทางการแพทย์ตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นของขั้นตอนการออกแบบ สิ่งนี้ช่วยวิศวกรในการลดต้นทุนและความพยายามในการสร้างต้นแบบตลอดจนการทดสอบทางกายภาพ ด้วยการให้โอกาสในการดำเนินการศึกษาพาราเมตริกในพื้นที่ Design of Experiment ทั้งหมดและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ การจำลองจึงเป็นโซลูชันที่สมบูรณ์แบบ

ดังนั้นอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ปลอดภัย แม่นยำ ทนทานและราคาไม่แพงสามารถออกแบบได้โดยใช้ต้นทุนที่น้อยกว่าและใช้เวลาในการออกสู่ตลาดน้อยลงด้วยการจำลอง

มีความคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่? แจ้งให้เราทราบด้านล่างในความคิดเห็นหรือดำเนินการสนทนาไปที่ Twitter หรือ Facebook ของเรา

คำแนะนำของบรรณาธิการ:

• 'ปัญญาประดิษฐ์ (AI) คืออนาคตของการดูแลสุขภาพ' งานวิจัยที่ก้าวล้ำของ Angel Alberich-Bayari
• T-Mobile เพิ่มหมายเลข 988 เพื่อเชื่อมต่อลูกค้ากับบริการด้านสุขภาพจิตทันที
• เครื่องมือดิจิทัลที่จะช่วยให้คุณมีสุขภาพที่ดี
• จากการศึกษาใหม่พบว่าวิดีโอเกมสามารถส่งผลดีต่อสุขภาพจิตได้จริง