Digital Twins / Health

Simulation rettet Leben – Verkürzte Entwicklungszeit von Beatmungsgeräten durch digitalen Zwilling

Vyaire Medical (Vyaire) ist weltweiter Marktführer im Bereich der Gesundheitstechnologie. Zum Portfolio gehören unter anderem Beatmungsgeräte zur Behandlung von vielfältigen Atemwegserkrankungen. Um bei seinen Produkten möglichst auf die ganz individuelle Situation des jeweiligen Patienten eingehen zu können, setzt Vyaire bei der Entwicklung auf präzise Modelle basierend auf Scans von realen Köpfen. Essentiell für den effizienten Entwicklungsprozess ist zudem der digitale Zwilling der Produkte, den Vyaire mittels Softwarelösungen von Siemens Digital Industries Software erstellt. Dadurch kann das Unternehmen weitgehend auf physische Prototypen verzichten, was Zeit und Kosten spart. 

eder Mensch nimmt innerhalb von 24 Stunden zwischen 17.000 und 23.000 Atemzüge – meist völlig unbewusst. Im Ernstfall wird klar wird klar, dass etwas so Selbstverständliches wie Atmen schnell zum Kampf um Leben und Tod werden kann. Gerade für solche Situationen entwickelt Vyaire Medical spezielle Beatmungsgeräte. „In der Vergangenheit waren wir dazu gezwungen, zur Entwicklung einer Atemmaske vereinfachte Modelle zu verwenden: Für die CFD (Computational Fluid Dynamics/Numerische Strömungsdynamik, Anm. d. Red.) -Simulationen musste ein vereinfachtes Kopfmodell mit idealisierten Atemlöchern für Nase und Mund herhalten“, sagt Dr. Christopher Varga, Senior Engineering Fellow und Senior Director of Research and Development von Vyaire Medical. „Heute verwenden wir Scans von realen Köpfen mit verschiedenen Morphologien der Patienten.“

Kurze Entwicklungszeit kann Leben retten

Die Patienten unterscheiden sich nicht nur im Körperbau, sondern auch in ihrer Art zu atmen. Zudem hat jeder Patient ein einzigartiges Atemprofil, das von seiner Lungenfunktion und -struktur abhängt. All diese Faktoren können in der Simulation einen atmenden Menschen berücksichtigt werden. „Wir sind dabei, eine Bibliothek von Patienten-Morphologien aufzubauen, die aus repräsentativen Patienten-Geometrien für alle Patientengruppen besteht: Erwachsene, Kinder und Kleinkinder“, erklärt Varga. Vyaire nutzt die Möglichkeiten der Simulation jedoch auch noch auf einer anderen Ebene und setzt dazu auf die Simulationssoftware Simcenter STAR-CCM+ von Siemens.
„Mit der Möglichkeit, einen digitalen Zwilling unserer Produkte mit Simcenter zu entwickeln, können wir die Entwicklungszeiten deutlich verkürzen, da wir auf den zeitaufwändigen Prozess des Erstellens und Testens physischer Prototypen verzichten können“, so Varga. Für ihn ist die gewonnen Zeit der größte Vorteil der Siemens-Lösung. „Wir können Produkte viel schneller herstellen und das ist in der heutigen Zeit sehr wichtig.“

Vyaire Medical

Die Geschichte von Vyaire begann in den 1950er Jahren auf zwei Kontinenten. In den USA erfand und optimierte Forrest Bird das mechanische Beatmungsgerät. Fast zeitgleich in Deutschland entwickelte Erich Jaeger das erste komplette Labor für Lungenfunktionstests und Diagnostika. Heute betreibt Vyaire Medical Fabriken auf der ganzen Welt, um mehr als 25.000 Produkte für die Diagnose, Behandlung und Überwachung von Atemwegserkrankungen in jeder Lebensphase des Menschen herzustellen.