In Silico meditsiiniseadmete kukkumistestimine VS lauaarvutiga

See ajaveeb uurib in silico meditsiiniseadmete kukkumistesti ja traditsioonilisi lauaarvuti meetodeid. Meditsiiniseadme disain peab käsitlema seda, kuidas seadet kasutatakse ja käsitsetakse (nt käeshoitav, lauaarvuti, isemajandav jne).

Enamikus jurisdiktsioonides nõutakse kukkumistesti osana reguleeriva asutuse taotlustest, mis taotlevad igas jurisdiktsioonis müügiks sertifikaati (nt EL-i CE-märgis).

Reguleerivad asutused peavad laialdaselt standardit IEC 60601-1 elektriliste meditsiiniseadmete ohutuse ja tõhususe põhinõudeks. See standard näeb ette kukkumise kõrgused ja suunad, kusjuures lubamatu rikke määrab ja põhjendab toote projekteerimismeeskond.

Algstaadiumis kavandamise ajakava on sageli kitsas ja piirab disainerite suutlikkust pakkuda toote ohutuse ja tõhususe varases staadiumis tulemusi. Ettevõttesisene füüsiline testimine võib suurendada kindlustunnet disaini vastupidavuse suhtes, kuid ainult niivõrd, kuivõrd ettenähtud rike on füüsiliste vahenditega tuvastatav.

Liiga sageli ei esinda algstaadiumis prototüübi materjalid ja ühendused (kinnituspunktid, liidetud ühendused jne) kavandatud lõplikku disaini. Kui füüsiline testimine jäetakse projekteerimise hilisesse staadiumisse, kui toote disain on lukustatud lõplike materjalide (nt termoplast) ja kinnitustega, on disaini muutmiseks sageli vaja suuri kapitalikulusid ja pikemaid ajakavasid.

Sõltumata füüsilisest testimisest varajases või hilises staadiumis on tsükliaeg defineerimisest tulemusteni suhteliselt pikk, kuna töövoog (projekteerimine, väljalaskmine, hankimine ja kokkupanek) on vajalik enne testimist. See suurendab tööjõu- ja materjalikulusid – kukkumistestid tarbivad peamiste konstruktsioonikomponentide terveid komplekte, mis võivad väikeste koguste tõttu varajases staadiumis projekteerimisel kaasa tuua suuri kulutusi.

In silico meditsiiniseadmete kukkumistestimine on alternatiiv füüsilisele testimisele ja osa sellest Arvutipõhine tehnika (CAE või CAx). Seadme CAD-i (digitaalsel kujul modelleeritud komponendid) või ad-hoc-esitusi saab sisse ehitada arvutuslik mudel kasutades inseneritarkvara nagu Ansysja läbige füüsilisi teste esindavad simulatsioonid.

In silico meditsiiniseadmete kukkumistestimine võib anda füüsilise testimise ees palju eeliseid. Üks neist on selle võime vaadata sisse – seadmetes olevaid komponente saab otse üle vaadata, näidates rikkekohti, mida pärast füüsilist kukkumist visuaalse kontrolliga ei tuvastata. Disaini iteratsioonid on kergesti skaleeritavad ja võivad lahendada mitmesuguseid disainiküsimusi.

Tuntud ka kui parameetrilised uuringud, kasutavad need arvutusmudelit, et vastata disainikriitilistele küsimustele, nagu materjalide, geomeetriate kohandamine, tõrkekriteeriumid (nt kinnitusdetailide väljatõmbamine/ülaosa nihke, konstruktsiooni deformatsioon, termilised mõjud jne). teised.

Allpool on näide selle kohta, kuidas simulatsioonita füüsilisi katsetsükleid võrreldakse simulatsioonipõhise projekteerimistsükliga, mis näitab simulatsiooni võimet lühendada projekteerimise iteratsioonide ajakava.

Joonis 1 – projekteerimise iteratsiooniprotsess, ilma simulatsioonita VS simulatsioonipõhine

In Silico näide – kukkumiskatse

Selle konteksti seadmiseks võtke näide, mis esindab lihtsustatud korpust ja tavalist seadmekoostu: suletud korpus, mis sisaldab kriitilisi komponente. Need sisemised komponendid on kinnitatud viisil, mis võimaldas varajases staadiumis funktsionaalset testimist, mis oli lühikese aja jooksul kavandatud jõupingutus, et tõestada kontseptsiooni investoritele.

Algab projekteerimise uus etapp, mille eesmärk on luua usaldust disaini vastupidavuse vastu ning liikuda skaleeritava seadme disaini ja lõpliku tootmise suunas. Üks selle edenemise katsetest on seadme kukkumine fikseeritud kõrguselt.

Enne ametliku testimise alustamist – sageli sertifitseeritud katsemajades – võib ettevõttesisene usaldustestimine enne nende juurutamist tähelepanu pöörata paljudele disainiküsimustele. In silico testimine on suurepärane esimene samm eelduste hindamiseks ja parameetrite erinevuste mõistmiseks.

Seda näidet kujutas valmis ABS-korpus, mille sees on 12-naeline terasplokk ja 4 keermestatud teraskinnitust, mis hoiavad seda vastu ABS-karbi ülaosasid. In silico mudel oli üles seatud esindama põhikorpust – 2 meetrit kukkumist korpuse kaane esinurgale.

Joonis 2 – Testi seadistus füüsiliste ja in Silico juhtumite jaoks

In silico modelleerimine ennustas ABS-kruvipeade rikkeid terasest kinnitusdetailide väljatõmbamise tõttu. Seejärel ennustas mudel, et järsu ploki järelejäänud hoog mõjutas esmalt korpuse alumist nurka ja seejärel kaant, deformeerides mõjutatud punkte ja levitades lööklaineid korpuse ümber.

Seejärel võrreldi in silico mudelit lauakomplektiga, mis koosnes in silico mudeli määratlenud füüsilistest komponentidest. See võimaldas demonstreerida reaalse maailma füüsikat ja võrrelda seda in silico mudeliga. Allolevatel piltidel võrreldakse füüsilise testimise tulemusi in silico mudeli ennustustega.

Joonis 3 – Lauapinna kukkumistesti tulemused

Joonis 4 – Korpuse deformatsioon, lauapealne vs In Silico ennustamine

Joonis 5 – Kinnitusdetailide deformatsioon, lauaplaat ja In Silico ennustus

Näide näitab, et komponendi tasemel eeldatavat deformatsiooni ja riket saab ennustada, kasutades in silico modelleerimist. Soovi korral saab mudeliga läbi viia täiendavaid parameetrilisi uuringuid, et näidata, kuidas need võivad ennustada alternatiivseid tulemusi.

Järeldus

Meditsiiniseadmete tootearendus ja -arendus tugineb üha enam arvutuslikule modelleerimisele, et suurendada tõhusust ja lühendada arendustegevuse tähtaegu. Skaleeritavus, arenduste iteratsioonide kiire jälgimine ja raskesti tuvastatavate tõrkerežiimide ülevaatamise võimalus muudavad in silico meditsiiniseadmete kukkumistestimise võimsaks tööriistaks meditsiiniseadmete tootearenduseks.

Rikkepunktide leidmine ja disainilahenduste kohandamine võib tuua kaasa märkimisväärse kokkuhoiu, vähendades destruktiivseid katseid lühiajaliselt ja teadlikke otsustusi lõpptoote osas.

Nathan Muller, EIT, on StarFishi meditsiinimehaanikainsener – Analüüs ja disain. Tema fookuses on simulatsioonitehnika, mis kasutab arvutuslikku modelleerimist. Disaini- ja arendusmeeskonna osana optimeerib ta laiaulatuslikke kujundusi ja jätab need maha.

[Varjatud sisu]

---

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://starfishmedical.com/blog/in-silico-medical-device-drop-testing-vs-benchtop/