CAD в самом сердце: 3D-моделирование искусственных сердец

Искусственные сердца и 3D-моделирование

Искусственное сердце PLSНе удивительно, что 3D-моделирование используется при разработке широкого спектра изделий, от деталей автомобилей до хозяйственных товаров и медицинских устройств. Возможно, одним из самых восхитительных применений 3D-моделирования является конструирование искусственных сердец, и программное обеспечение CAD для 3D-моделирования Creo является одним из самых передовых средств, используемых для этой новейшей технологии.

Потребность в искусственных сердцах

Приведем немного статистических данных о трансплантатах сердца и растущей потребности в искусственных сердцах:

  • болезни сердца занимают первое место среди причин смерти на планете и, согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно убивают 7,4 млн человек;
  • Потребность в донорских сердцах растет с космической скоростью, но количество доступных сердец ограничено и снижается;
  • 4 000 человек в США и более 3 000 человек в ЕС ждут донорских сердец (по оценкам Министерства здравоохранения и социального обеспечения США и Министерства здравоохранения Европейской комиссии);
  • искусственные сердца в основном используются в качестве временного решения, позволяющего поддерживать жизнь пациента до тех пор, пока не появится в наличии человеческое сердце; с тех пор как 45 лет назад впервые были изобретены искусственные сердца, с которыми можно жить, имплантировано было всего 1413 штук (около 30 шт. в год).

Врачи предпочитают использовать вспомогательные желудочковые системы, которые помогают собственному сердцу пациента прокачивать кровь, а не полномасштабные искусственные сердца из-за следующих проблем:

  • искусственные сердца часто отторгаются организмом пациента;
  • они могут повышать скорость кровотока и приводить к инсульту;
  • они очень дорого стоят (около 250 000 долл. США);
  • искусственные сердца обычно вдвое больше человеческого;
  • высок риск возникновения инфекции — чем больше элементов имплантируется, тем выше данный риск.

3D-моделирование и проектирование искусственных сердец

Стремясь разработать искусственные сердца следующего поколения, которые будут справляться с этими проблемами, Такаши Исояма (Takashi Isoyama) и группа исследователей из магистратуры Токийского университета используют для моделирования сердца, включая создание анимации, которая покажет, как кровоток будет проходить через него, 3D-САПР. 3D-модели ускоряют процесс разработки лопастей турбонасоса по сравнению с двухмерными системами CAD.

Для конструирования неконтактного роторного насоса, состоящего из вала и подшипника, коллектив из Токио использовал ПО Creo. «3D-модели ускоряют данный процесс, — говорит г-н Исояма, — и облегчают экспорт планов в систему автоматизированного проектирования, например ANSYS, для выполнения следующего этапа, высокоточного изготовления деталей на механообрабатывающих станках.

Искусственное сердце разработанной г-ном Исоямя конструкции, полное искусственное сердце со спиральным потоком, уже имплантировано козлу (который прожил рекордные 100 дней), и окончательная модель для животных может быть готова к 2016 г., а модель для людей через следующие пять или больше лет.

Компания PTC гордится тем, что своими достижениями в области 3D-моделирования и симуляций участвует в создании технологии изготовления искусственного сердца, которое в будущем будет использоваться для сохранения жизней.

Фотографии предоставлены Токийским университетом