Was versteht man unter medizinischer Simulation?

In vivo, in vitro, in silico – Die Medizin befindet sich im Wandel und mit Hilfe von in silico hat medizinische Simulation das Potential, ein wichtiger Bestandteil der klinischen Praxis zu werden.

in silico charakterisiert Reaktionen bzw. Abläufe, die in der Computersimulation unter Verwendung von speziellen Programmen bzw. Algorithmen stattfinden. Der Begriff in silico (im Silicium) ist entstanden, da heutzutage die meisten Computer-Chips auf Basis des chemischen Elements Silicium hergestellt werden.

Unter dem Begriff medizinische Simulation verstehen wir die Simulation komplexer biomechanischer und physiologischer Vorgänge mit dem Ziel, medizinische Eingriffe zu unterstützen. Das kann durch verbesserte Diagnose geschehen, durch Training am Simulator oder durch Simulation und „virtuellen Testen“ von chirurgischen Eingriffen – patientenspezifisch mit Hilfe eines digitalen Zwillings. Zudem hilft die medizinische Simulation im Vorfeld der medizinischen Forschung durch ein verbessertes Verständnis der physiologischen Vorgänge.

Warum brauchen wir medizinische Simulation und welche Vorteile bietet die Simulation in der Medizin an?

Durch medizinische Simulation bekommen Ärzte, Chirurgen, medizinisches Fachpersonal und Medizinproduktehersteller Zugang zu bisher ungenutzten Informationen, die Sie bei der Produktentwicklung, Diagnose und Therapie zu Ihrem und dem Vorteil der Patienten einfließen lassen können.

Medizinische Simulation unterstützt bereichsübergreifende Ideen und Ansätze, um bestehende Verfahren oder Prozessketten mit Hilfe der Simulation zu erweitern und nachhaltig zu verbessern. Somit entstehen folglich mehr innovative Behandlungsmethoden.

Medizinproduktehersteller stehen immer in der Pflicht, die Wirksamkeit und Unbedenklichkeit eines Produktes in einer physiologischen und pathologischen Vielfalt einer Zielpopulation nachzuweisen. Das geschieht in aufwendigen und langwierigen Versuchen und einer klinischen Prüfung an tausenden Probanden. Wenn ein Medizinprodukt in dieser Phase versagt, können die finanziellen Verluste katastrophal sein und das Produkt kommt nicht auf den Markt.

Durch den Einsatz von medizinischer Simulation lassen sich klinische in-silico Versuche entwickeln, die an virtuellen Patienten schneller durchgeführt werden – ohne jegliches Risiko für Probanden und minimiertem Risiko und Kosten für die Hersteller.

Die Prüfung der Medizinprodukte im digitalen Patienten ermöglicht mehr Experimente und klinische Studien können gezielt erweitert werden. Damit erhöht sich auch die Produktsicherheit durch medizinische Simulation, da sich beispielsweise auch extreme Bedingungen virtuell mit Simulation ohne bedenken testen lassen. Gleichzeitig ist es dadurch möglich, aufwendige Tier- und Menschenversuche in Zukunft drastisch zu reduzieren.

Mit Hilfe von medizinischer Simulation lässt sich folglich die Zeit bis zur Markteinführung eines Medizinprodukts oft um Jahre verkürzen und gleichzeitig können Unternehmen ihre F&E-Kosten senken. Damit ermöglicht die medizinische Simulation einen höheren ROI als traditionelle Zyklen von Konstruktion, Test und klinischen Studien.

Durch den Einsatz von virtuellen Patienten und Software für die medizinische Simulation lässt sich zugleich die technische Dokumentation der Medizinprodukte vereinfachen.

Wie funktionieren die Lösungen von CADFEM Medical bei der medizinischen Simulation?

Unsere medizinischen Software-Lösungen basieren alle auf unserer Plattform docq CORE, die es Ärzten und Medizinern ohne große Computer-aided Engineering (CAE-)-Vorkenntnisse und spezieller Hardware ermöglicht, modernste Ansys-Simulationstechnologien zu nutzen. Die Plattform docq CORE wird nach den Normen für Medizinprodukte (EN ISO 13485 / IEC 62304) entwickelt.

Als Medizin Software Unternehmen setzen wir spezifische medizinische Fragestellungen der Medizinproduktehersteller, Ärzte oder Chirurgen in docq Software-Module um. Die Module arbeiten als eigenständiges Produkt zusammen mit der Plattform docq CORE. So können Unternehmen und Startups, die auf Medizin Software setzen, in der Zukunft von unserer bewährten Plattform profitieren und ihre Ideen einfach und schneller umsetzen.

Als Medizin Software Unternehmen setzen wir spezifische medizinische Fragestellungen der Medizinproduktehersteller, Ärzte oder Chirurgen in docq Software-Module um. Die Module arbeiten als eigenständiges Produkt zusammen mit der Plattform docq CORE. So können Unternehmen und Startups, die auf Medizin Software setzen, in der Zukunft von unserer bewährten Plattform profitieren und ihre Ideen einfach und schneller umsetzen.

In welchen Bereichen der Medizin wird medizinische Simulation bereits verwendet? Welche Lösungen basierend auf medizinischer Simulation hat CADFEM Medical?

CADFEM Medical engagiert sich im Rahmen der Avicenna Alliance für eine Normierung und breitere Anwendung der in silico Medizin, um damit eine sichere, erschwingliche und kosteneffektive Gesundheitsversorgung zu gewährleisten. Als Pionier der in silico Medizin haben wir bereits einige Praxis-Beispiele und Software-Lösungen für die medizinische Simulation:

  • docq AAA: Simulation der Festigkeit von Aussackungen an Adern (Aneurysmen), um Risiken der lebensbedrohlichen Ruptur solcher Aneurysmen besser einschätzen zu können.
  • docq OSA ist noch in der Entwicklung, aber bereits jetzt ein sehr gutes Beispiel, das zeigt wozu medizinische Simulation fähig ist. docq OSA unterstützt die Diagnose und Therapie der obstruktiven Schlafapnoe mit Computational Fluid Dynamics und Fluid-Struktur-Interaktion. Mit docq OSA ist es möglich, die Eigenschaften der oberen Atemwege mittels modernster Simulation zu visualisieren und die mechanischen Ursachen und den Bereich der Atemprobleme eines Patienten zu bestimmen.
  • docq RPE ist eine medizinische Software für die chirurgische Planung einer sogenannten forcierten Gaumennahterweiterung. Sie berechnet das optimale Schnittmuster, um ein symmetrisches Gesicht nach und während der forcierten Verbreiterung des Oberkiefers zu gewährleisten. Mit dem generierten Vorschlag der Schnittführung kann sich der Chirurg auf eine nahezu perfekte Qualität der Patientenversorgung und das beste Operationsergebnis verlassen. Durch die kürzeren Schnitte bei der Operation und die dadurch verbleibenden Blutgefäße ist das Trauma für den Patienten bei diesem chirurgischen Ansatz geringer.
  • docq VIT unterstützt eine digitale Verifizierung von patientenspezifischen Implantaten (PSI’s). Die Software unterstützt Implantat-Designer, durch das virtuelle Aufbringen physiologischer oder standardisierter Belastungen auf eine patientenindividuelle Situation, die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Implantaten schnell und effizient anhand objektiver Kriterien zu prüfen.

Herausforderungen der medizinischen Simulation

Die Integration medizinischer Simulation bei Medizinproduktehersteller, Kliniken und medizinischem Fachpersonal ist ein weiterer entscheidender Schritt, das Konzept der personalisierten Medizin weiter voran zu treiben. In vielen Fällen sind jedoch Herausforderungen in der medizinischen Simulation noch offene Forschungsfragen. Schwierigkeiten hierbei sind u.a. die individuell sehr unterschiedlichen physiologischen Merkmale, die oft nur sehr eingeschränkt gemessen werden können, und die Vielzahl von Faktoren und voneinander abhängigen Prozesse auf vielen unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen.

Eine zentrale Herausforderung bei der medizinischen Simulation ist zudem die Geometrie-Aufbereitung aus medizinischen Bilddaten von z.B. Computertomographie (CT)- oder Magnetresonanztomographie (MRT)- Aufnahmen sowie die anschließende Überführung dieser Geometrien in geeignete Modelle für die numerische Simulation.

Mit Hilfe von machine learning und artificial intelligence (ML & AI) wird medizinische Simulation aber stetig verbessert und findet immer breitere Anwendungsszenarien.

Warum ist CADFEM Medical der richtige Partner für mich, wenn es um medizinische Simulationen geht?

Wir haben uns ein großes Ziel gesetzt: Die Patientenversorgung langfristig mit unseren Produkten und Dienstleistungen zu verbessern.

Als Corporate Startup profitieren wir bei der Umsetzung medizinischer Simulation von unserer Muttergesellschaft CADFEM GmbH und starken strategischen Partnern wie dem Weltmarktführer Ansys, die uns mit über 50 Jahren Erfahrung und Know-How aus der Simulationswelt in unterschiedlichen Industrien unterstützen.

Somit vereinen wir bei CADFEM Medical die nötige Expertise und Leidenschaft für ein Thema, das die Medizin nachhaltig verändern wird: Der Einsatz medizinischer Simulation im Gesundheitswesen, um Krankheiten zu erkennen, Therapien zu verbessern und die Produktsicherheit zu erhöhen.

FAQ

Was ist medizinische Simulation?

Unter medizinischer Simulation verstehen wir die möglichst realitätsgetreue Nachstellung von komplexen biomechanischen und physiologischen Reaktionen bzw. Abläufen. Dabei sollen medizinische Eingriffe unterstützt werden, bspw. durch eine verbesserte Diagnose.

Welche Vorteile bietet die Simulation in der Medizin an?

Es entstehen unter anderem innovative Behandlungsmethoden und das Risiko wird für Probanden ausgeschlossen sowie für Hersteller minimiert. Weiterhin ist es möglich Tier- und Menschenversuche erheblich zu reduzieren.

Warum wird eine medizinische Simulation durchgeführt?

Weil die Sicherheit der Patientenversorgung verbessert wird und sich gleichzeitig die Effizienz und Effektivität im medizinischen Alltag erhöht.

Wie funktionieren die Lösungen von CADFEM Medical bei der medizinischen Simulation?

Mit unserer Plattform docq CORE (nach Norm entwickelt) bieten wir Ärzten und Medizinern ohne Computer Vorkenntnisse und spezieller Hardware die Möglichkeit, Ansys-Simulationstechnologien einzusetzen. Außerdem können Startups sowie Unternehmen mit der Plattform docq Core ihre Ideen einfacher und schneller umsetzen.

Welche Lösungen basierend auf medizinischer Simulation hat CADFEM Medical?

CADFEM Medical hat für die medizinische Simulation gleich mehrere Softwarelösungen. Docq AAA zur Simulation der Festigkeit von Aussackungen an Adern (Aneurysmen). Docq RPE als medizinische Software der Gaumennahterweiterung. Docq VIT zur Unterstützung für Implantat-Designer. Docq OSA als Entwicklungsidee zur Untersuchung und Therapie der obstruktiven Schlafapnoe.

Welche Herausforderungen hat die medizinische Simulation?

Zum einen ist die Geometrie-Aufbereitung aus medizinischen Bilddaten sowie die Integration bei Medizinproduktehersteller, Kliniken und Fachpersonal eine zentrale Herausforderung. Mittels machine learning und artificial intelligence wird die medizinische Simulation jedoch stetig vorangetrieben.

Warum ist CADFEM Medical der richtige Partner für mich, wenn es um medizinische Simulationen geht?

Wir bei CADFEM Medical vereinen die nötige Expertise und Leidenschaft für den Einsatz medizinischer Simulation im Gesundheitswesen. Als großes Ziel haben wir uns die langfristige Verbesserung der Patientenversorgung gesetzt und wollen dies mit starken strategischen Partnern wie dem Weltmarktführer Ansys erreichen.