تعرض بنكرياس اصطناعي مغلق الحلقة لعطل خطير عند إعطائه جرعة غير صحيحة من الأنسولين لمريض. بدأ الجهاز القابل للزرع، المصمم لإفراز الهرمون بشكل مستقل، في الجرعات بأقل من المطلوب. لتحديد مصدر المشكلة، لجأ فريق الهندسة الطبية الحيوية إلى تحليل جنائي غير مدمر يجمع بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) والمحاكاة الميكانيكية الحيوية باستخدام ANSYS.
إعادة البناء ثلاثي الأبعاد ومحاكاة الانسداد الناتج عن التبلور 🧬
كانت الخطوة الأولى هي مسح الجهاز باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق، للحصول على دقة فوكسل تبلغ 5 ميكرون. باستخدام برنامج Volume Graphics، تم إعادة بناء القناة الداخلية لفوهة المخرج ثلاثي الأبعاد، والتي يبلغ قطرها 50 ميكرون فقط. كشف إعادة البناء الحجمي عن ترسب صلب غير منتظم يسد القناة جزئياً. تم تصدير هندسة الانسداد إلى MATLAB لمعالجة سحابة النقاط وإنشاء شبكة نظيفة. تم استيراد هذه الشبكة إلى ANSYS Biomechanics لمحاكاة تدفق الأنسولين عبر الفوهة. أكدت محاكاة ديناميكيات الموائع الحاسوبية (CFD) أن الترسيب، الذي تم تحديده على أنه بلورات أنسولين، يقلل من معدل التدفق بنسبة 40%، مما يسبب نقص الجرعات.
دروس لتصميم الأجهزة القابلة للزرع 🔧
توضح هذه الحالة أن الأعطال في القنوات الدقيقة للأجهزة الطبية لا يمكن اكتشافها دائماً عن طريق الاختبارات الوظيفية القياسية. يسمح الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق وANSYS للمهندسين بتصور الانسدادات الداخلية والتنبؤ بتأثيرها على الجرعات. للتكرارات المستقبلية للبنكرياس الاصطناعي، يُوصى بإعادة تصميم الفوهة بقطر أكبر أو دمج طلاء غير لاصق يمنع تكوّن النوى البلورية. وبذلك تترسخ المحاكاة الميكانيكية الحيوية كأداة لا غنى عنها للتحقق من سلامة الغرسات قبل استخدامها السريري.
ما هو برنامج التقسيم الذي توصي به لهذه البيانات الطبية؟