Il CAD al cuore di tutto: modellazione 3D di cuori artificiali

Cuori artificiali e progettazione 3D

Cuori artificiali - Report sul ciclo di vita del prodottoLa modellazione 3D viene utilizzata nello sviluppo di un'ampia gamma di prodotti, dalle parti automobilistiche agli elettrodomestici e ai dispositivi medici. Probabilmente, uno dei suoi impieghi più interessanti è quello applicato alla progettazione di cuori artificiali e Creo, il software di modellazione CAD 3D, è in prima linea nell'ambito di questa innovativa tecnologia.

L'esigenza di cuori artificiali

Ecco alcune statistiche sui trapianti di cuore e sull'esigenza sempre maggiore di cuori artificiali:

  • Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, la cardiopatia è la principale causa di morte nel mondo e colpisce 7,4 milioni di persone ogni anno.
  • L'esigenza di donazioni di cuore è alle stelle, ma il numero di cuori disponibili è costantemente in calo.
  • 4.000 persone negli Stati Uniti e oltre 3.000 nell'Unione Europea sono in attesa di un donatore (stime del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti e della Commissione Europea per la Salute).
  • I cuori artificiali sono stati usati principalmente come surrogati per mantenere i pazienti in vita fino alla disponibilità di un cuore umano, sono stati inventati 45 anni fa, ma finora ne sono stati impiantati solo 1.413 (circa 30 all'anno).

I medici sono arrivati a preferire i dispositivi di assistenza ventricolare, che aiutano il cuore dei pazienti a pompare sangue, ai cuori totalmente artificiali, per i seguenti motivi:

  • I cuori artificiali spesso provocano crisi di rigetto nei pazienti.
  • Possono ostruire il flusso sanguigno e causare infarti.
  • Sono estremamente costosi (intorno ai $ 250.000).
  • I cuori artificiali sono in genere di dimensioni doppie rispetto ai cuori umani.
  • Il rischio di infezione è elevato e aumenta con il numero di elementi impiantati.

Modellazione 3D e progettazione di cuori artificiali

Impegnati nello sviluppo di cuori artificiali di nuova generazione in grado di risolvere questi problemi, Takashi Isoyama e un team di ricercatori della University of Tokyo Graduate School utilizzano il Software CAD 3D per modellare il cuore, integrandolo con animazioni che mostrano il flusso del sangue al suo interno. I modelli 3D hanno accelerato il processo di progettazione delle lame per la turbopompa, rispetto al CAD bidimensionale.

Il team di Tokyo ha utilizzato il software Creo per progettare una pompa rotativa senza contatto costituita da un albero e un cuscinetto. Secondo Isoyama, i modelli 3D hanno accelerato il processo e semplificato l'esportazione dei piani in software CAE (Computer Aided Engineering), come ANSYS, per la fase successiva: la lavorazione di precisione delle parti.

Il cuore artificiale progettato da Isoyama, il cosiddetto Helical Flow Total Artificial Heart, è già stato impiantato in una capra (mantenuta in vita per ben 100 giorni) e il modello finale per l'uso animale potrebbe essere pronto entro il 2016. A questo dovrebbe seguire un modello umano entro cinque anni o poco più.

PTC è fiera di far parte con la sua tecnologia del progetto di realizzazione di cuori artificiali che consentiranno di salvare vite in futuro.

Foto: per gentile connessione della University of Tokyo