La medicina in silico consiste nell'uso di simulazioni e modelli computazionali per sviluppare dispositivi medici. Con MATLAB e Simulink per la R&S nel settore dei dispositivi medici è possibile:
- Accelerare lo sviluppo e ridurre i costi grazie alla prototipazione e ai test virtuali
- Migliorare la sicurezza e l’efficacia dei dispositivi medici attraverso studi di fattibilità iniziali con le simulazioni
- Fornire alle agenzie regolatorie prove basate su studi di modellazione e simulazione computazionale a sostegno dell’approvazione dei dispositivi medici
“Poter assistere in soli 40 giorni all’intero processo di sviluppo, da un foglio bianco all’oggetto fisico che andrà in sperimentazione clinica, è stato fantastico.”
Sviluppo accelerato del prodotto e riduzione dei costi
La medicina in silico accelera significativamente il processo di progettazione e riduce i costi della R&S nel settore dei dispositivi medici grazie alla prototipazione e ai test virtuali mediante modelli computazionali. Questo approccio riduce al minimo la necessità di costosi prototipi fisici e sperimentazioni cliniche nella fase iniziale. È possibile identificare potenziali difetti o errori di progetto all’inizio del processo di progettazione, consentendo iterazioni più rapide e risparmi sui costi.
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Miglioramento della sicurezza dell’efficacia dei dispositivi medici
La medicina in silico migliora la sicurezza e l’efficacia dei dispositivi medici poiché consente di eseguire test approfonditi sulla sicurezza e valutazioni dell’efficienza attraverso la modellazione e la simulazione computazionale. Queste simulazioni sono in grado di identificare i potenziali rischi per la sicurezza e gli effetti avversi, oltre a fornire in anticipo indicazioni sull’efficacia di un dispositivo medico nella diagnosi o nel trattamento di una patologia. Ciò significa che è possibile perfezionare la progettazione del prodotto nelle fasi iniziali del processo di sviluppo e concentrarsi sulle configurazioni più promettenti per le sperimentazioni cliniche.
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- Workflow di verifica e convalida per lo sviluppo di dispositivi medici (49:43)
- Modellazione matematica per la progettazione e la convalida di dispositivi medici (44:19)
- Controllo robusto della terapia insulinica basato sui dati (12:43)
- Modello di elettrofisiologia cardiaca per eseguire test a circuito chiuso in tempo reale sui pacemaker
Produzione di prove a sostegno delle approvazioni regolatorie
La medicina in silico può supportare le richieste di approvazione dei dispositivi medici fornendo convalide complete delle prestazioni dei dispositivi, valutazioni dei rischi e risultati delle sperimentazioni cliniche in silico. I dati basati sulle simulazioni integrano i dati clinici tradizionali, comprovando la sicurezza e l’efficacia dei dispositivi, in particolare in contesti di medicina personalizzata con diverse popolazioni di pazienti.
Per saperne di più
- Medical Devices Speaker Series 2023: uso della sperimentazione clinica in silico basata su Cloud per le attività di ricerca e sviluppo di dispositivi medici (21:32)
- Medical Devices Speaker Series 2023: de-risking e accelerazione del controllo a circuito chiuso fisiologico con la progettazione Model-Based (24:26)
- Trend e standard tecnologici nel settore dei dispositivi medici (41:37)
Esempi del modello di medicina in silico
Familiarizza con MATLAB e Simulink per la medicina in silico utilizzando i modelli esemplificativi di seguito.
Modello di ventilazione meccanica in Simscape
Questo esempio mostra un sistema di ventilazione medica a pressione positiva delle vie aeree (PAP) con il modello di un polmone. Si tratta di un punto di partenza per i progettisti che lavorano su ventilatori medici e dispositivi PAP.
Sistema cardiovascolare in Simscape con macchina ECMO
Il modello cardiovascolare consente di simulare i flussi e le pressioni del sistema cardiovascolare umano. È possibile utilizzare il modello per lo sviluppo di macchine ECMO e macchine cuore-polmone.
Pancreas artificiale con Fuzzy Logic Controller
Questo esempio mostra come progettare e ottimizzare un sistema di inferenza fuzzy (FIS) sotto forma di un albero per controllare un pancreas artificiale. È possibile utilizzare il modello nello sviluppo di sistemi di monitoraggio continuo del glucosio (CGM) e di pompe per insulina.
Macchina per la dialisi in Simulink
Questo modello mostra un sistema di controllo dell'ultrafiltrazione per una macchina per l’emodialisi con Simulink e Stateflow. È possibile utilizzare il modello nello sviluppo di macchine per la dialisi.
Progettazione Model-Based e verifica per pompe di infusione
Il modello mostra una pompa di infusione con un sistema di controllo del flusso per la verifica e la convalida di pompe di infusione e altri dispositivi medici critici per la sicurezza.
Modello elettrofisiologico di un cuore con pacemaker in Simulink
Questo è il modello elettrofisiologico di un cuore con pacemaker in Simulink. È possibile utilizzare il modello nello sviluppo di pacemaker e di altri dispositivi di gestione del ritmo cardiaco (CRM) mediante test ad anello chiuso.
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