63 / 86
V
MEDICAL 15 -
OTTOBRE 2017
Lo sviluppo di un dispositivo pensato per
assistere o sostituire completamente il
funzionamento del cuore è innegabil-
mente complesso. Questo processo
di progettazione comporta sfide im-
mense, dal fornire energia elettrica al
dispositivo al verificare che esso non in-
terferisca con il normale funzionamento
biologico. I ricercatori del St Jude Medical usano la si-
mulazione multifisica per costruire LVAD, dispositivi di
assistenza ventricolare sinistra, con l’obiettivo costante
di migliorare la prospettiva e la qualità di vita di pazienti
con insufficienza cardiaca.
Il disturbo si manifesta tipicamente nella cavità sinistra
del cuore, perché il ventricolo sinistro è responsabile del
pompaggio di sangue ricco di ossigeno in tutto il corpo,
quindi a una distanza mag-
giore rispetto al ventricolo
destro, che pompa sangue
nei polmoni. Spesso, nei
casi di pazienti con ventri-
colo sinistro malfunzionan-
te la circolazione meccanica
può essere supportata da un
LVAD (Fig. 1).
Un dispositivo di assistenza
ventricolare è la macchina
più complessa mai impiantata in un essere umano. Un
LVAD non ha solo la funzione di far circolare il flusso di
sangue in tutto il corpo e tenere in vita il paziente, ma
deve anche essere compatibile con l’ambiente biologico
del corpo umano. Thoratec, ora parte di St. Jude Medi-
cal, ha diffuso sul mercato i LVAD nel 2010, dopo anni
di esperimenti clinici.
Progettare una pompa potente, efficiente ed emocompatibile
La progettazione di un LVAD deve tenere in considera-
zione molti fattori. Il dispositivo deve essere sufficiente-
mente piccolo per essere collegato al cuore, essere realiz-
zato in materiali compatibili
e avere una geometria che
gli permetta di risiedere
all’interno del corpo senza
essere rigettato. È inoltre
necessario analizzare anche
altri aspetti, quali fenomeni
termici, la fluidodinamica
del sistema e le modalità di
alimentazione. Dal momen-
to che è necessario conside-
rare molteplici effetti fisici in ogni stadio di sviluppo del
prodotto, la simulazione multifisica è fondamentale per
il processo di progettazione.
Freddy Hansen, Sr. R&D engineer presso St. Jude Medi-
cal, sfrutta la propria esperienza nell’ambito della mo-
dellazione fisica e matematica per analizzare il sistema
prima di effettuare studi sperimentali.
Simulazione multifisica
per migliorare
prestazioni e sicurezza
dei
dispositivi medici impiantabili
Al St. Jude Medical vengono sviluppati dispositivi di assistenza ventricolare per
migliorare le condizioni di vita dei pazienti affetti da insufficienza cardiaca. La
simulazione numerica viene utilizzata durante il processo di progettazione di questi
dispositivi per analizzare diversi aspetti concomitanti del progetto, dai fenomeni termici
e fluidodinamici al trasferimento di energia
COMSOL
“Uso COMSOL Multiphysics come si usavano le calcolatrici
tascabili in passato. Alcuni modelli non sono troppo
complicati. Riesco a costruirne uno in un paio d’ore, poi lo
lancio e ottengo una risposta. Altri sono abbastanza complessi
e includono modelli CAD con molti dettagli. Devo lavorare con
alcuni modelli complessi per mesi prima di ricavare tutte le
informazioni che mi servono.”
Freddy Hansen,
PhD, Sr. R&D Engineer, St. Jude Medical
Fig. 1 –
Una pompa LVAD è responsabile della circo-
lazione di sangue ricco di ossigeno nel corpo. Imma-
gine gentilmente concessa da St. Jude Medical
Medical