تحلیل سازه ای، حرارتی و CFD برای دستگاه های پزشکی
اهمیت شبیه سازی دستگاه های پزشکی
ضربه
همه ما تجربه افتادن و برخورد وسائل حساس الکترونیکی نظیر ساعت مچی و تلفن همراه به زمین را داشته ایم. در بسیاری از مواقع، این دستگاه‌ها آسیب زیادی نمی بینند. این استحکام به دلیل کار یک مهندس طراحی صنعتی است که شبیه‌سازی سازه ای را برای اطمینان از قابل‌اعتماد بودن این ابزار انجام داده است.
برای بیمار که تحرک چندانی ندارد، قابلیت اطمینان اهمیت بیشتری دارد. اگر یکی از دستگاه های ارتباطی مهم در اثر سقوط آسیب ببیند، هیچ راهی برای پزشک یا پرستار وجود ندارد که بداند فرد بیمار به کمک نیاز دارد؛ لذا ساخت و طراحی قطعاتی که در برابر ضربه از خود مقاومت نشان دهند، ضروری خواهد بود.
جلوگیری از نشت
جلوگیری از نشت برای سیستم های مرتبط با آب نیز مهم است همچنین در صورت وجود بارهای سیکلی گرمایی، عمر خستگی مناسب نیز باید تعیین شود.
راحتی
راحتی یکی دیگر از الزامات طراحی است. مدل‌سازی جریان گرما برای اطمینان از خنک بودن اجزا و ارزیابی راحتی بیمار با مدل‌سازی عرق به منظور جلوگیری از چسبیدن دستگاه به بیمار از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
فرآیندهای جراحی
از آنجا که دستگاه‌های پزشکی مسئولیت مراقبت از بدن را عهده دار هستند لذا حساسیت بالایی هم دارند.
دستگاه‌های شریان رونده پزشکی که توسط جراحان به کار گرفته می‌شوند زندگی بشر را در عمل های بسته قلب نجات می دهند. دستگاه‌هایی مانند استنت ها و دریچه ها و همچنین طریقه اتصال آنها به بافت های قلب و سرخرگ قبل از جایگذاری شبیه سازی می شوند. علاوه بر اینها شبیه‌سازی فرآیندهای جراحی برای جراحان بسیار ارزشمند است.
در شکل زیر مدل CFD خطوط جریان درون دریچه جایگذاری شده، و همچنین خطوط فشار بر روی دیواره رگ دیده می شود. لازم است که اطمینان حاصل شود که نواحی گردشی وجود ندارند، زیرا که در این نواحی امکان شکل گیری لخته‌های خونی وجود دارند و همچنین میزان فشار روی دیواره رگ در محدوده‌های قابل قبول باقی بماند.
تعیین فشار انسدادی
همچنین، از CFD می توان به عنوان یک ابزار تشخیصی برای تعیین فشار انسدادی که جایگذاری استنت مورد نیاز است، استفاده کرد. از داده‌های تصویربرداری پزشکی که برای شبیه‌سازی ارائه شده‌است می توان افت فشار دقیق در طول انسداد را بدون نیاز به یک فشار سنج بدست آورد.
ردیابی ذرات ریوی
به عنوان مثالی دیگر، ردیابی ذرات ریوی در شش‌ها با استفاده از شبیه‌سازی CFD منجر به بهبودهای قابل‌توجهی در طراحی دستگاه های تنفسی گردیده است.
جریان سیال
جریان سیال در بدن انسان می‌تواند بسیار پیچیده باشد و نیازمند ابزار CFD قوی برای اطمینان از جواب ها برای کاربردهای حیاتی و اساسی می باشد.
تحلیل های مولتی فیزیکی
تا اینجا درباره شبیه‌سازی دستگاه‌ها و فرآیندهای مختلف پزشکی با بکاربردن فیزیک مختلف مسائل صحبت شد. به هر حال، برای رسیدن به هدف “دوقلوی دیجیتال” باید به سیستم‌های ورودی و مسائل مولتی فیزیک به طور همزمان فکر کنیم.
به عنوان نمونه جهت شبیه سازی یک قلب مصنوعی به دلیل اهمیت نیروهای الکترومغناطیسی، جریان سیال و تغییر شکل سازه ای در تعیین عملکرد پمپ برای این سیستم نیاز است تا تحلیل های مولتی فیزیکی انجام شود. تحلیل هر فیزیک به طور مستقل باعث ایجاد حفره‌های باز در درک رفتار آن تحت شرایط عملیاتی واقعی خواهد شد.
امید است که این نوشته در نشان دادن این که چگونه شبیه‌سازی در بسیاری از جنبه‌های توسعه محصولات پزشکی و مراقبت از بیمار چالش‌های صنعت را برآورده می‌کند ، مفید و آموزنده باشد.
پ. ن: دوقلو یا همزاد دیجیتال، نسخه مجازی شبیه سازی شده یک سیستم خاص می باشد.