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Artikel und Hintergründe zum Thema

Vorteil 3D-Modellierung

Kunstherz-Pioniere setzen auf PTC Creo

Forscher an der Universität von Tokio, Graduate School im Bereich Medizin, entwickeln derzeit das erste vollständig künstliche Herz mit der Konstruktionslösung PTC Creo.

Bereits seit 1959 beschäftigt sich das renommierte Institut mit dem Thema und führt seit 1970 erfolgreiche Tierversuche durch. Die leistungsfähigen 3D-Modellierungsfunktionen von PTC Creo sind aus Sicht des Forscherteams ausschlaggebend, um bis zum Jahr 2016 das erste reine, komplett implantierbare Kunstherz zu entwickeln.

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) leiden über 20 Millionen Menschen weltweit an Herzproblemen und jährlich werden weitere 2 Millionen Fälle diagnostiziert. Pro Jahr werden rund 5.000 Herztransplantationen durchgeführt. In Japan beträgt die durchschnittliche Wartezeit für eine derartige Operation 981 Tage. Die wachsende Anzahl an Patienten sowie der dramatische Mangel an Spenderherzen treiben die Herzforschung voran. Ein menschliches Herz durch ein komplett künstliches Herz zu ersetzen wäre daher ein medizinischer Durchbruch.

Es gibt zwei Arten von Kunstherzen: das vollständig künstliche Herz, das ein menschliches Herz komplett ersetzt, sowie künstliche Herzpumpen, die, einmal implantiert, die Pumpfähigkeit des Herzes unterstützen. Das Entwicklungsteam der Universität konzentriert sich mit seiner Forschung auf das vollständig künstliche Herz und nutzt PTC Creo, um ein derartiges Organ mit hydrodynamischer, freischwebender Pumpe, die durch das Blut geschmiert wird (hydrodynamische Lagerung), zu entwickeln. Dadurch soll eine verlängerte Nutzungsdauer möglich sein. Eine Ziege überlebte 2008 bereits 153 Tage mit einem vollständig künstlichen Herzen, was in Japan derzeit den Rekord darstellt. Mit einem pneumatisch angetriebenen vollständigen Kunstherzen, das aus einer Blutzirkulationspumpe sowie einer Energiequelle außerhalb des Körpers bestand, war das Team in der Lage, eine Ziege für 532 Tage am Leben zu erhalten. Ein Rekord, der bis jetzt weltweit bei Tieren mit vollständigen Kunstherzen unerreicht ist.

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Bereits 2003 begann man an der Universität von Tokio mit Hilfe von Pro/ENGINEER®, dem Vorläufer von PTC Creo, 3D-Modelle von künstlichen Herzen zu erstellen. 2012 stieg man dann auf PTC Creo um. Das Forscherteam ging davon aus, dass für die nächste Generation vollständig künstlicher Herzen eine berührungslose rotierende Pumpe erforderlich sei. Mit Hilfe der CAD-Lösung von PTC konnten Informationen visualisiert werden, so dass bei der Entwicklung einer Pumpe der Blutfluss verbessert, die Geräteleistung maximiert und die Effizienz und Strapazierfähigkeit erhöht werden konnte. Die 3D-Modellierungsmöglichkeiten von PTC Creo spielen bei der Komponentenbearbeitung sowie bei der numerischen Strömungssimulation ebenfalls eine entscheidende Rolle. Im Oktober 2014 gelang es dem Team mit Hilfe von PTC Creo, die Stabilität der hydrodynamischen Lagerung in dem Modell des Kunstherzes drastisch zu erhöhen. Gleichzeitig konnte man einige der bestehenden hämolytischen und thrombotischen Probleme lösen. PTC Creo unterstützt die Zusammenarbeit im Team auf vielfältige Weise. Dazu gehören die einfache gemeinsame Nutzung verständlicher Grafiken, ebenso wie Wirkungsquerschnitte des 3D-Modells und Animationen.

„PTC Creo hat sich als essenzieller Teil unserer Entwicklungsumgebung erwiesen und ist die Standardlösung für das Team bei der Entwicklung von Kunstherzen“, sagt Takashi Isoyama, Ph.D., Assistant Professor des Fachbereichs Biomedical Engineering der Graduate School an der Universität von Tokio und Mitglied des Forschungs- und Entwicklungsteams für künstliche Herzen. „PTC Creo hat die Entwicklungsprozesse und Studien ebenso gut unterstützt wie die Bearbeitung von Komponenten. Es hat erheblich zu den Fortschritten auf dem Weg zu unseren Zielen beigetragen.“

„Wir sind von der innovativen Forschung an der Universität von Tokio absolut begeistert“, sagt John Stuart, Senior Vice President, Global Education bei PTC. „Bei PTC sind wir davon überzeugt, dass der nachhaltige Erfolg unseres Unternehmens, unserer Kunden und der Gesellschaft darauf beruht, dass jede Generation in der Lage ist, die aktuellen Probleme des Lebens zu lösen. Die Forschung im Bereich vollständig künstlicher Herzen ist ein exzellentes Beispiel dafür, wie man die führenden Technologie-Lösungen von PTC in akademischen Institutionen verwendet, um die Studenten optimal auf den Wettbewerb am Arbeitsmarkt vorzubereiten.“

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