Mô phỏng ANSYS tạo đột phá trong chế tạo ống Stent

Y học luôn đứng trước thách thức phải đổi mới để bắt kịp sự phát triển không ngừng của khoa học với hàng loạt khám phá mới được tìm ra mỗi ngày để ứng dụng trong chữa bệnh. Khi tuổi thọ của con người tăng lên, các thiết bị y tế, chẳng hạn như stent mạch vành và nhiều thiết bị khác, cũng phải tiếp tục phát triển với các công nghệ tiên tiến, hiệu quả và dễ tiếp cận hơn cho người bệnh ở mọi lứa tuổi. Tuy nhiên vẫn còn nhiều quốc gia chưa có khả năng tiếp cận các dịch vụ y tế chuẩn mực do đói nghèo, tham nhũng hoặc khai thác tài nguyên quá mức.

Bioana là một công ty của Mexico chuyên thiết kế và phát triển công nghệ y tế mà nhiều người có thể tiếp cận được. Sự đổi mới của công ty này bắt đầu bằng việc sử dụng phần mềm mô phỏng để tạo ra các dịch vụ y tế được dùng trong lĩnh vực tim mạch, chẩn đoán và chỉnh hình.

Tìm kiếm các thiết kế hữu ích

Với một thiết bị y tế đã được bán trên thị trường, trước tiên các nhà sản xuất phải chứng minh được độ an toàn của chúng để đảm bảo không có rủi ro khi bệnh nhân sử dụng. Trước khi đưa ra các thiết bị tốt nhất, chúng tôi phải thực hiện nhiều lần lặp lại thiết kế và sử dụng phần mêm mô phỏng ANSYS để thử nghiệm hình học cũng như cải thiện thiết kế.Theo tổ chức y tế thế giới (WHO), bệnh tim mạch là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi thiết kế cấy ghép mạch máu với mục đích làm tăng khả năng tiếp cận của công nghệ đắt đỏ này. Bệnh tim mạch là kết quả của sự tích tụ mỡ trong thành mạch máu. Khi các chất cặn nhiều lên, chúng sẽ gây tắc nghẽn mạch máu và có thể dẫn đến các cơn đau tim hoặc đột quỵ. Các stent giúp mở rộng mạch máu và cho máu lưu thông trở lại. Yêu cầu thiết kế quan trọng nhất là khả năng chịu tải vĩnh viễn của các thiết bị khi máu lưu thông.

Stent hoạt động như thế nào?

Stent là một ống dạng lưới, thường bằng kim loại, được gắn vào động mạch để giữ cho thành mạch không bị thu hẹp. Nó được cấy ghép vào tĩnh mạch đùi (phổ biến) thông qua một thủ pháp phẫu thuật gọi là nong mạch vành và sử dụng ống dẫn gắn bong bóng để thông đến các vị trí tắc nghẽn. Bong bóng được bơm nhanh để khai thông chỗ tắc nghẽn, sau đó nó xì hơi và để lại stent vào vị trí. Stent phải có khả năng chịu được tải trọng do rung động khi máu lưu thông và vẫn phải cố định vào thành mạch máu.

 Thiết kế tương tác cho stent mạch vành, mỗi stent có khả năng mở rộng khác nhau.

Thông thường các bác sĩ sử dụng một kĩ thuật hình ảnh bao gồm tiêm chất cản quang vào động mạch để giúp nhìn rõ hơn lượng máu và kích thước khi mạch mở. Các bác sĩ có thể sử dụng kính huỳnh quang để quan sát ảnh hưởng của stent đến sự lưu thông máu.

Dễ nhận thấy rằng phần mềm mô phỏng ANSYS hoàn toàn có thể được sử dụng để phân tích trạng thái của lưu lượng máu nhờ kết quả từ một thiết kế stent cụ thể tại vị trí cấy ghép. Chứng hẹp thường xuyên nhất xảy ra phổ biến nhất ở chỗ phân nhánh, nơi mà động mạch vành chính bên trái (LMCA) chia thành động mạch liên thất trước (LAD) và động mạch vành mũ (LCX). Chúng tôi tạo ra một mô hình 3D của nhánh rẽ này (đượp ghép stent). Theo lý thuyết, vận tốc máu của một động mạch khỏe mạnh rơi vào khoảng xấp xỉ 64 ± 26 cm/s, trong khi đó vận tốc máu của động mạch có chất béo lắng đọng thì thấp hơn đáng kể (41 ± 26 cm/s). Theo kết quả ghi nhận, tuy stent chưa thể đưa vận tốc máu trở về mức bình thường nhưng nó vẫn giúp máu lưu thông nhanh hơn 15cm/s so với các mạch máu nhiễm mỡ.

Các véc tơ vận tốc chỉ rõ vận tốc giảm trong các nhánh stent của một động mạch vành.

Một yếu tố huyết động học quan trọng khác cần thiết phải phân tích là ứng suất cắt trượt trên thành mạch (như lực tiếp tuyến tạo ra do lưu lượng máu trên bề mặt tế bào nội mô). Các giá trị ứng suất cắt lớn là điều đáng mong đợi do chúng thúc đẩy sự định tuyến dòng chảy và tiết ra chất chống đông máu. Khi các giá trị ứng suất cắt thấp thì ngược lại sẽ tăng các tế bào chết.

Các giá trị ứng suất cắt trong thành mạch cao cho thấy vị trí đặt stent là phù hợp

Theo lý thuyết, các giá trị ứng suất cắt trong phạm vi giải phẫu LMCA sẽ từ 1 đến 2.25Pa và từ 1,41 đến 4,65 Pa trong LCX với các giá trị tăng lên xung quanh thanh chống và đỉnh của stent. Phân tích của chúng tôi cho thấy giá trị ứng suất cắt trượt cao (4,55 Pa) xung quanh cấu trúc stent và xác nhận hiệu suất của thiết bị trong việc làm giảm đáng kể sự hẹp động mạch.

Đáp ứng các mục tiêu

Sử dụng các phần mềm ANSYS có được thông qua  ANSYS Startup Program, chúng tôi đã giảm được thời gian và chi phí cho các giao thức thử nghiệm cũng như tăng hiệu suất làm việc và doanh thu qua các nỗ lực phát triển mở rộng. Bây giờ chúng tôi có thể tiến vào các lĩnh vực y sinh mới và tiếp tục đổi mới để tạo ra các công nghệ y tế có ảnh hưởng lớn và dễ tiếp cận ở Mexico.

Các bài viết liên quan

• ANSYS Discovery Live - Vị cứu tinh cho bệnh nhân hẹp động mạch

• Nhịp đập mới cho trái tim với mô phỏng kỹ thuật

Nguồn: ANSYS

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này.