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CAD :人工心脏 3D 建模

人工心脏与 3D 设计

PLS 人工心脏从汽车部件到家居产品,再到医疗设备,3D 建模广泛应用于各种产品开发领域,这不足为奇。或许,关于 3D 建模,最激动人心的用途便是设计人工心脏,而 Creo CAD 3D 建模软件就活跃在这一尖端技术的最前沿。

人工心脏的需求

关于心脏移植和人工心脏需求增长的一些简要统计:

  • 根据世界卫生组织的说法,心脏疾病是世界上主要的致死病因,每年有 740 万人因此丧生。
  • 世界上对供体心脏的需求激增,但可用的心脏数量却持平,甚至下降。
  • 在美国和欧盟,分别有 4,000 人和超过 3,000 人正在等待供体心脏(来自美国卫生及公共服务部和欧盟委员会卫生部的估计)。
  • 人工心脏主要用来进行过渡,目的是保证患者在等到可用的真人心脏之前继续存活。自从 45 年前首个可行的人工心脏问世以来,世界上总共仅完成了 1,413 例人工心脏移植(每年大约 30 例)。

由于以下问题,相比于全尺寸人工心脏,医生们更喜欢使用心室辅助装置(可以帮助患者自行心脏泵血):

  • 人工心脏通常会被患者身体所排斥。
  • 它们可能会阻碍血液流动,引起中风。
  • 它们非常昂贵(大约价值 250,000 美元)。
  • 人工心脏的大小通常是真人心脏的两倍以上。
  • 感染风险很高,植入的元件越多,这种感染风险就越高。

3D 建模与人工心脏设计

在开发下一代人工心脏来解决这些问题的竞赛中,Takashi Isoyama 和东京研究生院的一组研究人员使用 3D CAD 软件来对心脏建模,同时用动画显示血液流经人工心脏的途径。相比于两维 CAD,3D 模型加速了涡轮泵叶片的设计过程。

东京团队使用 Creo 软件来设计非接触式旋转泵,其中包含一根轴和一个轴承。Isoyama 称 3D 模型加快了过程速度,并使得设计图可以更轻松地导出至计算机辅助工程软件 (ANSYS),以便进行后续步骤:精密加工部件。

Isoyama 的人工心脏设计 — 螺旋流全人工心脏,已经移植到山羊体内(创造了 100 天存活纪录),最终的动物用模型可以在 2016 年准备就绪,而人用模型需要再等 5 年或更久。

PTC 非常自豪能够凭借自身在 3D 建模和模拟领域的进步参与到人工心脏技术的发展当中,未来这一技术将用来挽救很多人的生命。

感谢东京大学供图