L'éditeur du logiciel Comsol Multiphysics nous explique dans cet article les avantages à exploiter la simulation numérique multiphysique dans le cadre de la conception de dispositifs médicaux. Une exploitation qui n'est pas réservée aux experts grâce à l'existence d'applications "prêtes à l'emploi".

Par Valerio Marra, PhD, directeur marketing chez Comsol

Capable de prendre en compte tous les phénomènes physiques mis en œuvre dans un système, la simulation multiphysique peut booster la conception de DM de plusieurs façons.

D'abord, comme toute simulation numérique, elle permet de réduire le recours au prototypage physique, en modélisant les designs et les idées pour les tester virtuellement. Dans une industrie où la sécurité est primordiale, la capacité à étudier différents scénarios en spécifiant les conditions limites, les propriétés matériaux et les mécanismes physiologiques permet une correction précoce et sans risque des erreurs de conception.

Autre avantage de la simulation multiphysique, elle permet d'effectuer des mesures de toutes les variables, telles que la température ou la vitesse d'écoulement, en tout point et à tous les stades dans un modèle. Pour les DM, il est particulièrement appréciable de pouvoir accéder aux résultats de simulation dans des endroits où il serait difficile, voire impossible, de placer des capteurs sur un prototype physique ou dans le corps humain.

Les DM doivent être conçus pour fonctionner efficacement dans un contexte - le corps humain - où plusieurs effets physiques s'influencent mutuellement. C'est tout l'intérêt de la simulation multiphysique, qui permet une modélisation fidèle des dispositifs mais aussi de leur environnement de fonctionnement.

Prenons le cas d'un DM d'ablation de tissu. La conception de ce type de dispositif doit prendre en compte les différentes conductivités électriques des tissus, optimiser l’apport en énergie électromagnétique dans la gamme des fréquences radio et micro-ondes et inclure la perfusion pour prévoir la distribution de température à l'intérieur et autour du tissu à retirer. L'illustration principale montre la simulation de cette ablation, avec un chauffage localisé du tissu malin réalisé par l'insertion d'une sonde électrique à quatre bras.

Une utilisation de la simulation qui tend à se démocratiser

Un expert en simulation est capable d'ajuster les définitions des variables et des valeurs mais aussi d'apporter des modifications significatives au modèle, par exemple s'il réalise qu'un phénomène n'avait pas été inclus ou qu'un nouveau matériau aurait dû être spécifié. Mais la pénurie d'experts en simulation fait que le concepteur d'un DM est rarement un spécialiste en méthodes numériques et logiciels de modélisation multiphysique.

Application de simulation prête-à-l’emploi publiée via Comsol Server.

Pour simplifier l'utilisation d'un modèle multiphysique, les experts peuvent créer des applications de simulation avec des interfaces utilisateurs qui se résument aux champs d'entrée et de sortie et aux rapports nécessaires aux concepteurs des dispositifs, en masquant tous les détails de modélisation. Ce type d'application peut être partagé avec un groupe d'utilisateurs au sein d'une organisation ou avec des clients dans le monde entier. Cette approche collaborative permet d'inclure des experts de plusieurs disciplines, comme la physiologie et la conformité aux soins de santé.

Une application de simulation de ce type, prête-à-l’emploi, a été développée pour calculer les trajectoires des plaquettes et des globules rouges dans un échantillon de sang lorsqu'ils traversent un dispositif de filtration. L'interface graphique montre le potentiel électrique, la distribution de l’écoulement de fluide dans le système de filtration, et les positions des particules. Créée avec l’Application Builder de Comsol Multiphysics, cette application est disponible dans le logiciel et fournie gracieusement par Comsol.

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