Hệ thống Web được phát triển trên nền Joomla 3.xx bởi Đinh Quyết Đào tạo ANSYS, Đào tạo Cơ khí, Đào tạo SolidWorks Đinh Văn Quyết Học SolidWorks Monmin đồ chơi an toàn đồ chơi giáo dục Đồ chơi tự kỷ Giáo dục sớm Montessori MONMIN Mấu leo núi Xà đu đa năng Đồ chơi tự kỷ< a href="https://www.monmin.net/">Giáo dục sớm Montessori

Công nghệ mô phỏng trong cá nhân hóa cấy ghép y học

Bởi Ashwani Harkara , Giám đốc điều hành, VOLMO, Northampton, Vương quốc Anh

Để cung cấp phương pháp điều trị hiệu quả cho bệnh nhân cần cấy ghép, công ty khởi nghiệp VOLMO đã tiên phong tạo ra một công cụ phần mềm chuyển đổi dữ liệu cá nhân của bệnh nhân thành mô hình máy tính. Quá trình này dựa vào ANSYS Mechanical để mô phỏng và kiểm tra mô hình trước khi in 3D. Công nghệ in 3D có thể là một công cụ thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực y tế bằng cách tạo ra các bộ cấy ghép cá nhân giúp cải thiện cuộc sống của bệnh nhân và giảm chi phí chung cho việc chăm sóc sức khỏe.

"Bệnh nhân sử dụng một bộ cấy ghép tùy chỉnh mang lại kết quả phẫu thuật tốt hơn với ít khả năng nhiễm trùng và tốc độ phục hồi chức năng nhanh hơn"

Trong giai đoạn đầu của quy trình, dữ liệu chụp cắt lớp của bệnh nhân được nhập vào phần mềm ImageSim của VOLMO để phát hiện khối u sarcoma sụn trên khớp mu

Cơ thể của chúng ta là độc nhất. Tùy theo từng cá nhân mà hồ sơ di truyền, kích thước cơ quan, cấu trúc xương và nhiều khía cạnh khác của cấu trúc bên trong là khác nhau, tuy nhiên việc chăm sóc sức khỏe hiện tại phần nhiều dựa trên phương pháp tiếp cận “một kích thước phù hợp với tất cả”. Mặc dù vậy, khi công nghệ phát triển trong lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe cá nhân cũng đồng thời phát triển theo. Trong tương lai, các quyết định chẩn đoán, điều trị lâm sàng sẽ được điều chỉnh dựa trên dữ liệu cá nhân của bệnh nhân.

Được thành lập vào năm 2012, VOLMO đang thúc đẩy chương trình chăm sóc sức khỏe dành riêng cho bệnh nhân thông qua việc sử dụng mô hình tính toán. Phương pháp này mặc dù được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhưng lại không có được ứng dụng tốt trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Với nền tảng độc quyền là phần mềm mô hình hóa và xử lý hình ảnh 3D, ImageSim - công ty thiết kế những bộ cấy ghép mới, các ống đỡ động mạch và các tấm cố định tương thích hoàn toàn với giải phẫu của bệnh nhân. Trong ImageSim, một khi dữ liệu quét của bệnh nhân (kết quả chụp cắt lớp và chụp cộng hưởng từ) đã được chuyển đổi thành mô hình ảo, mô phỏng ANSYS Mechanical sẽ kiểm tra mô hình. Việc kiểm tra trên một bệnh nhân ảo (trong thử nghiệm mô phỏng) này sẽ giúp các bác sĩ lâm sàng, nhà sản xuất và kỹ sư thiết kế hiểu rõ hơn về cách bộ cấy ghép hoặc ống đỡ động mạch sẽ hoạt động trong cơ thể bệnh nhân trước khi nó được sản xuất thông qua công nghệ in 3D.

Bằng cách kết hợp mô phỏng và công nghệ in 3D, bệnh nhân có thể nhận được các thiết bị đáp ứng chính xác nhu cầu của họ để giảm thiểu quá trình chăm sóc hậu phẫu, tăng chất lượng cuộc sống và giảm chi phí chăm sóc sức khỏe tổng thể.

TẠO RA BỘ CẤY GHÉP XƯƠNG CHẬU TÙY CHỈNH

Mục tiêu dài hạn của VOLMO là phát triển ImageSim thành một trình giả lập 3D hoàn chỉnh phục vụ việc lập kế hoạch trước phẫu thuật, thiết kế và tối ưu hóa bộ cấy ghép dành riêng cho bệnh nhân. Công ty hiện đang tập trung vào việc thiết lập và chứng minh giá trị của phương thức này.

Trong một nghiên cứu thực tiễn gần đây, VOLMO đã được tiếp cận bởi một bác sĩ muốn khám phá cách công nghệ này có thể giúp điều trị bệnh nhân mang khối u sarcoma. U sacrcoma là một loại ung thư xương, và trong trường hợp này, khối u nằm trên khớp mu - một khớp sụn thứ cấp nằm giữa xương mu bên trái và bên phải.

Có cơ hội lý tưởng để chứng minh phương thức của mình, VOLMO đã tạo ra một bộ cấy ghép xương chậu tùy chỉnh cho một nhà tư vấn. Mô hình trước phẫu thuật này đã được bác sĩ sử dụng để giúp hiểu rõ hơn vị trí chính xác cũng như độ phát triển của khối u trong xương trước khi vào phòng mổ để lấy nó ra khỏi bệnh nhân.

Khối u hầu như được loại bỏ để tạo ra một mô hình xương chậu hậu phẫu

Khung chậu đã được phục hồi và được cấy ghép xương chậu mới sau đó được nhập vào môi trường CAD ImageSim nơi chúng được định vị và lắp ráp

THIẾT KẾ BỘ CẤY GHÉP

Sử dụng một bộ dữ liệu được cung cấp, và sau một cuộc thảo luận với một số hướng dẫn từ nhà cố vấn, VOLMO đã thiết lập ra quy trình thiết kế. Bước đầu tiên trong quy trình là nhập dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT) của bệnh nhân vào ImageSim nơi nó được lọc bằng tính năng lọc bất đẳng hướng tiên tiến trong bộ công cụ. Hình ảnh được lọc sau đó được phân đoạn và lưu dưới dạng mô hình STL cho vùng xương chậu. Mô hình này đã được đưa vào môi trường thiết kế bằng máy tính (CAD), nơi các yêu cầu cắt bỏ được thực hiện trên xương để loại bỏ khối u. Sử dụng các tính năng trong ImageSim, các kỹ sư đã chụp được hình dạng bên ngoài và cấu trúc liên kết của xương được cắt bỏ để tạo ra mô ghép mới. Xương chậu đã được phục hồi và bộ cấy ghép xương chậu mới được tạo ra sau đó được đưa trở lại môi trường CAD nơi chúng được lắp ráp.

Các kỹ sư của VOLMO đã nhập dữ liệu CAD vào ANSYS Mechanical nơi phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được thực hiện trên mô hình lắp ráp hoàn chỉnh. Vì nghiên cứu trường hợp này tập trung vào FEA tĩnh, một loạt các thử nghiệm cấu trúc đã được thực hiện trong môi trường mô phỏng ANSYS. Bị ràng buộc ở các khớp hông, bộ phận tải được lắp bằng tay ở đầu xương cụt. Với bệnh nhân nặng 80 kg thì số trọng lượng 80 kg này đã được tính toán, do đó các thực nghiệm ảo được thiết kế dành riêng cho bệnh nhân đó.

Một số thử nghiệm cấu trúc đã được tiến hành trên mô hình được xây dựng lại bằng ANSYS Mechanical. Điều này đảm bảo độ tin cậy sau khi cấy ghép

Thử nghiệm ảo này đảm bảo cho nhóm nghiên cứu rằng bộ cấy ghép mới không tạo ra bất kỳ áp lực hoặc biến dạng không mong muốn nào trong các điều kiện sử dụng cụ thể. Hiểu cách thức hoạt động của bộ cấy trong môi trường ảo như vậy có thể giúp tối ưu hóa thiết kế hơn nữa.

Sau khi mô phỏng, các kỹ sư sử dụng các tệp thiết kế kỹ thuật số để tạo ra mô hình xương chậu vật lý thông qua công nghệ in 3D. Bởi vì trong trường hợp này, nó là một mô hình tham chiếu chứ không phải là cấy ghép vật lý sẽ được lắp ráp cho bệnh nhân. Mô hình này làm bằng nhựa chứ không phải bằng kim loại. Sản phẩm cuối cùng đã thuyết phục nhà tư vấn rằng công nghệ này cực kỳ hữu ích và có tiềm năng ứng dụng rất lớn.

"Quá trình phê chuẩn kiểm định có thể mất nhiều thời gian; các thử nghiệm lâm sàng mô phỏng giúp đẩy nhanh quá trình này."

MÔ PHỎNG ĐEM LẠI LỢI ÍCH CHO CHĂM SÓC SỨC KHỎE

Các nghiên cứu thực tiễn như cấy ghép xương chậu đang giúp giáo dục và xây dựng nhận thức về những gì có thể đạt được thông qua quá trình mô hình hóa và mô phỏng tính toán của VOLMO. Khi mô hình đã được thử nghiệm ảo, giai đoạn tiếp theo sẽ là tạo ra các thiết kế cấy ghép thực sự thông qua in 3D kim loại. Những thứ này sau đó sẽ được kiểm tra tính năng trước khi được đưa vào cơ thể bệnh nhân. Tuy nhiên, không thể phủ nhận khi đã kiểm tra kỹ lưỡng mô hình trong ANSYS Mechanical , các thử nghiệm vật lý trên bàn thí nghiệm sẽ được giảm thiểu đáng kể, dẫn đến tiết kiệm cả thời gian và tiền bạc.

Bộ cấy xương chậu sau cùng được sản xuất thông qua công nghệ in 3D.

Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cũng như các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách khác hiện đang khuyến khích áp dụng mô hình hóa và mô phỏng tính toán để đẩy nhanh quá trình phát triển sản phẩm. Quá trình phê duyệt kiểm định có thể mất một thời gian dài và các thử nghiệm lâm sàng mô phỏng có thể giúp đẩy nhanh quá trình này.

Với chăm sóc sức khỏe cá nhân, việc tiết kiệm thời gian và chi phí đã vượt khỏi quy trình phát triển sản phẩm. Bác sĩ lâm sàng được hưởng lợi từ việc lập hoạch trước phẫu thuật vì bây giờ họ có thông tin điều trị cụ thể của bệnh nhân. Bệnh nhân được sử dụng một cấy ghép tùy chỉnh mang lại kết quả phẫu thuật tốt hơn với ít khả năng bị nhiễm trùng và có tốc độ phục hồi nhanh hơn. Bệnh nhân dành ít thời gian hơn trong phòng mổ, giảm chi phí bệnh viện. Ngoài ra, nhiều bệnh nhân sẽ nhận được dịch vụ chăm sóc sức khỏe trong khi danh sách chờ điều trị giảm đi.

TƯƠNG LAI CỦA CHĂM SÓC SỨC KHỎE CÁ NHÂN

VOLMO đã chọn sử dụng phần mềm ANSYS trong liệu trình của mình vì đây là công cụ được phê chuẩn cao và dẫn đầu ngành. Thông qua Chương trình khởi động ANSYS , VOLMO có toàn quyền truy cập vào các giải pháp mô phỏng ANSYS. Ngoài ra, sự hỗ trợ nhận được từ nhóm ANSYS đã giúp phát triển việc kinh doanh của VOLMO và thúc đẩy tương lai của họ trong ngành chăm sóc sức khỏe cá nhân hiện đại.

Hiện tại, VOLMO sẵn sàng mở rộng quy mô và giúp nhiều người dùng được hưởng lợi từ các giải pháp dành riêng cho bệnh nhân.

Các bài viết cùng chủ đề :

  • Ứng dụng mô phỏng trong kiểm định các thiết bị y tế
  • Y học hiện đại sẽ thay đổi như thế nào?

  • Nguồn: www.ansys.com

    Lược dịch:  - Nguyễn Bảo Anh - Thực tập sinh tại Advantech,Jsc.

    Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này
    Các Giải Pháp
    • Prev
    Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô
    Giải pháp mô phỏng phổ đáp ứng
    Giải pháp tính toán độ ồn sinh ra trong các thiết bị
    Giải pháp mô phỏng khí động đàn hồi cầu treo dây võng
    Mô phỏng đáp ứng điều hòa của kết cấu (Harmonic Response)
    Mô phỏng các đặc trưng rung động tự nhiên của kết cấu

    TUYỂN DỤNG

    LIÊN HỆ

    VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
    C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
    Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
    Email: info@advantech.vn

    HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
    Email: support@advantech.vn

    Họ tên
    E-Mail