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ANSYS的博客
2019年2月20日
传统上,医疗器械制造商依靠试验台试验、动物试验和临床试验(即人体试验)来确定医疗器械的安全性和有效性。
这在内部是正确的,当对设备设计的各个方面做出决定时,在外部是正确的,当申请监管批准时。
这些测试既昂贵又耗时。此外,动物试验预测人类治疗的安全性和有效性的能力也受到了质疑。
监管的引入
硅评价的途径
会使模拟越来越多吗
医疗保健行业的趋势
在医疗设备的设计中,计算建模(即模拟或硅试验)的使用越来越多。这些模拟加速了创新,并提供了长期安全性的全面证据。然而,尽管模拟有好处,但在法规提交中使用计算建模作为证据是滞后的。
随着医疗设备硅测试的监管途径的引入,我们可以期待看到在医疗保健行业的监管方面,模拟是一个日益增长的趋势.
作为Fluent, Inc.(现在是Ansys的一部分)的生物医学工程师,我在医疗保健中遇到了建模的使用和监管包含之间的差异。
那是2001年,我刚从研究生院毕业。在此期间,我为各种医疗设备行业账户的计算流体动力学(CFD)用户提供支持,包括美国食品和药物管理局(FDA)设备和放射健康中心(CDRH)的科学和工程实验室办公室(OSEL)。
用于硅片的测试
提交的监管文件是
通常被视为未来主义
从一开始就很清楚,建模通常更多地被视为一种研究工具,而较少地被视为可作为监管提交的组成部分的可信信息来源。
事实上,把建模作为一种与其他形式的设备评估平等的工具是未来主义的——甚至是未来主义的——想法。
快进到2011年,当CDRH将计算建模确立为监管科学的优先事项.这是对硅片测试能力的正式认可,它提供了对器件性能更深入的理解。
事实上,与其他形式的器件评价相比,硅片研究有一些独特而吸引人的优点.这些优点包括能够以高度受控的方式对设备的性能进行参数化、统计化和针对患者的分析。
在硅测试中将能够
测试边缘用例,因此运行状况
我们会考虑所有的病人
当评估设备时
甚至边缘情况也可以通过模拟来创建和探索,从而提供对设备在最极端情况下运行的能力的一些理解。这与动物试验或人体试验完全相反,在动物试验或人体试验中,在生理极限的边缘很难获得统计上显著的结果。
几年来,仿真界在计算机建模的调节科学方面取得了重大进展。与监管机构(如FDA)使用建模相关的关键障碍也得到了解决。这些障碍与模型验证和模型报告有关。
建立规范的模拟应用的第一个障碍是缺乏一个完善的结构来总结计算模型的框架和结果以供审查。
为了解决这个问题,FDA发布了描述计算建模和仿真(CM&S)报告格式和内容的指南.
本指南的一个主要目标是确保发起人包含判断一个模型是否具有足够的可信度以作为监管决策的有效科学证据所需的所有信息。
CM&S报告大纲——作为
由FDA指南提供
该文件还为设备行业和监管机构在规划、讨论和审查计算建模研究的各个元素时提供了一种通用语言。
指南的主体描述了报告的一般格式,该格式可应用于大多数物理学科。为了帮助用户,指南还包括一系列附录,为CFD、有限元分析(FEA)、电磁学(EM)、超声、传热和光学提供详细的报告建议。
例如,关于计算电磁学的附录建议用户提供所使用的控制方程的摘要(例如,麦克斯韦方程)和关于被建模的设备和组织的电学特性的信息。
在法规提交中有限使用模拟结果的另一个原因是需要就建立计算模型的足够可信度所需的证据条达成共识。美国机械工程师协会(ASME)医疗设备计算模型验证和验证(V&V)小组委员会(ASME V&V 40小组委员会)成立于2011年,以解决这一关键需求。
风险知情的可信度评估框架,
根据ASME V&V 40标准定义
由来自医疗器械行业、行业服务提供商、软件开发人员和FDA的成员组成,该组织开发了风险知情的可信度评估框架.
该框架的主要原则是基于计算机模型的高风险决策比低风险决策需要更多的验证。
因此,ASME标准指导用户如何确定建立模型可信度所需的V&V量。本标准是ASME V&V标准的补充有限元分析,CFD和热传导.
经过7年的努力,ASME医疗器械V&V标准于2018年11月19日正式发布。该标准完成了计算建模的调节途径。
ASME V&V 40小组委员会正致力于教育社区了解该标准及其最佳实践。这种教育是通过行业日、培训课程、实例和新的工作项目来进行的。
作为ASME V&V 40医疗设备小组委员会的副主席,能与如此敬业的天才科学家和工程师团队一起工作是我的荣幸和极大的快乐。
ASME V&V 40小组委员会
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有关Ansys如何帮助模拟医疗应用的更多信息,请阅读In silica Testing或行业页面医疗保健:医疗设备模拟.
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