Activities

การประยุกต์ใช้ CAE ในวงการแพทย์


การประยุกต์ใช้ CAE ในวงการแพทย์

            สวัสดีครับ......เจอกันอีกครั้งแต่ครั้งนี้ผมมาพร้อมกับลมหนาวซึ่งเป็นสัณญาณบอกว่าเริ่มเข้าสู่หน้าหนาวและในขณะที่ผมกำลังเขียนต้นฉบับอยู่นี้ก็เป็นวันลอยกระทงที่ใครหลายๆคนรอคอยรวมถึงตัวผมด้วย แต่ยังไงก็ดูแลสุขภาพด้วยน่ะครับ...เพื่อไม่ให้เสียเวลาจากที่ฉบับที่แล้วผมได้นำเสนอการนำเทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) มาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และในฉบับนี้ผมจะนำทุกท่านข้ามอุตสาหกรรมไปสู่วงการแพทย์ว่า CAE สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างไร

           วงการแพทย์นั้นส่วนมากเมื่อกล่าวถึงทุกท่านคงคิดถึงการเจ็บป่วยด้วยโรคต่างๆมากมายไม่ว่าจะเป็น ปวดฟัน , ไข้หวัด , ปวดเอว , ปวดหัวเป็นต้น ซึ่งโรคหรือความเจ็บปวดต่างๆเหล่านี้สามารถนำ CAE มาประยุกต์ใช้เพื่อรักษาและหาทางป้องกันได้เช่น การออกแบบรากฟันเทียม (รูปที่ 1) ซึ่งจากเดิมผู้ป่วยที่ต้องการใส่รากฟันเทียมเพื่อสุขภาพของช่องปากรวมถึงการเคี้ยวอาหารเพื่อให้ได้รับอรรถรสในการรับประทานอาหารซึ่งส่วนมากจะเป็นผู้สูงอายุและจะต้องนำเข้ารากฟันเทียมดังกล่าวมาจากต่างประเทศ แน่นอนว่าราคานั้นสูงมาก คนที่มีรายได้น้อยย่อมเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสั่งรากฟันเทียมดังกล่าวเข้ามาใช้ แต่ด้วยความพยายามจะช่วยเหลือผู้ป่วยดังกล่าว คณะทันตแพทย์ศาสตร์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยร่วมกับศุนย์บริการปรึกษาการออกแบบและวิศวกรรม (DECC)  จึงได้ริเริ่มที่จะออกแบบรากฟันเทียมขึ้นใช้เองในประเทศไทย แต่เนื่องจากการออกแบบเกลียวของรากฟันเทียมที่จะขันเข้าไปในเนื้อกระดูกและเนื้อเยื่อบริเวณกรามนั้นจะต้องได้รับการออกแบบให้ถูกต้องสอดคล้องกับพฤติกรรมการคี้ยวและเป็นไปตามหลักวิศวกรรมเป็นอย่างดีเพราะเป็นการยากมากที่จะทำการทดลองในห้องทดลองปัจจุบัน

 

รูปที่ 1 ความเค้นที่เกิดขึ้นโดยใช้ CAE

 

            นอกจากแพทย์จะนำความรู้ทางด้าน CAE มาประยุกต์ใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนมนุษย์เทียมแล้ว แพทย์ในยุคปัจจุบันยังสามารถนำความรู้และเทคโนโลยี CAE ดังกล่าวมาช่วยในการป้องกันอันตรายจากการเล่นกีฬาได้อีกด้วย ซึ่งแน่นอนว่ากีฬาที่อยู่คู่คนไทยมาแต่สมัยโบราณคือ ชกมวย จึงได้ถูกหยิบยกขึ้นมาศึกษาเป็นกรณีแรกเพราะนักมวยต้องใช้ร่างกายรับแรงกระแทกแบบต่างๆหลายๆครั้งซ้ำๆกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บริเวณใบหน้า จากรูปที่ 2 แสดงให้เห็นถึงความเค้นที่เกิดขึ้นจากแรงที่มาจากการชกของคู่ต่อสู้บนกระดูกหัวกะโหลกส่วนหน้า พบว่าที่บริเวณดั้งของจมูกระหว่างดวงตาทั้งสองและด้านข้างจมูกค่อนมาทางด้านล่างจะเกิดความเค้นขึ้นมากที่สุด ดังนั้น จากการใช้ CAE สามารถช่วยให้แพทย์, นักกายภาพทางการกีฬา สามารถที่จะออกแบบอุปกรณ์ป้องกันตำแหน่งสำคัญๆที่เกิดจากการเล่นกีฬาประเภทนี้ได้ นอกจากนี้แล้วโค๊ชยังสามารถใช้ผลจาก CAE ดังกล่าวมาช่วยวางแผนการชกหรือหลบหลีกคู่ต่อสู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นด้วย

 


รูปที่ 2 ความเค้นที่เกิดขึ้นบนกระโหลกส่วนหน้าของนักมวย

 

             จากสองตัวอย่างที่ผ่านมาจะเห็นว่าวงการแพทย์นั้นก็สามารถที่จะนำความรู้ทางด้าน CAE ไปประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางและเหมาะสมอย่างยิ่งกับการศึกษาที่ทำการทดลองยาก ตัวอย่างถัดไปจะเป็นการนำ CAE มาวางแผนการผ่าตัดเพื่อเปลี่ยนข้อต่อสะโพกเทียมให้กับคนไข้ที่ได้รับความทุกข์ทรมานจากโรคข้อต่อสะโพกหัก โดยขั้นแรกนั้นแพทย์จะต้องชั่งน้ำหนักของผู้ป่วยก่อนเป็นอันดับแรก เพื่อคำนวณหาแรงที่เกิดขึ้นจากการกดทับของมวลของร่างกายส่วนมายังข้อต่อสะโพก นั้นหมายความว่าผู้ป่วยทุกคนที่จะมาทำการผ่าตัดแต่ละครั้งจะใช้ขนาดของข้อต่อสะโพกเทียมไม่เหมือนกัน ซึ่งเป็นการวางแผนผ่าตัดและออกแบบที่เป็นมืออาชีพอย่างชัดเจน หลังจากได้ข้อมูลในส่วนของคนไข้มาแล้ว วิศวกรทางด้านการแพทย์ก็จะใช้ข้อมูลต่างๆเหล่านั้นมาออกแบบรูปร่างให้สอดคล้องกับหลักทางกายภาพและสรีระศาสตร์ในคอมพิวเตอร์ ซึ่งการออกแบบดังกล่าวสามารถเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข รูปร่าง ของข้อต่อสะโพกเทียมได้อย่างง่ายดายและรวดเร็ว ซึ่งต่างจากการทดลองอย่างเห็นได้ชัดที่ต้องใช้ระยะเวลาค่อนข้างนานและต้นทุนสูงมาก หรือบางครั้งอาจจะไม่สามารถทำการทดลองได้เลยก็มี แต่ด้วยเทคโนโลยี CAE ดังกล่าวสามารถขจัดปัญหาดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจากรูปที่ 3 แสดงการออกแบบข้อต่อสะโพกเทียมของผู้ป่วยรายหนึ่งที่มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนข้อต่อสะโพกเทียม หากผู้ป่วยรายนี้ไปผ่าตัดที่ต่างประเทศแน่นอนว่าค่าใช้จ่ายจะสูงลิบลิ่วทั้งๆที่ในเมืองไทยแพทย์เองก็มีความสามารถและศักยภาพที่จะผ่าตัดเปลี่ยนได้ดีไม่น้อยไปกว่าต่างประเทศ และการผ่าตัดดังกล่าวจะทันสมัยทัดเทียมกับต่างประเทศได้อย่างไม่มีข้อสงสัยถ้าหากว่าในการผ่าตัดแต่ละครั้งมีการนำความรู้ทางด้านวิศวกรรมขั้นสูงมาประยุกต์อีกทางหนึ่งด้วย

 


รูปที่ 3 ความเค้นและการเสียรูปที่เกิดขึ้นหลังจากผ่าตัด
     เปลี่ยนข้อต่อสะโพกเทียมที่จำลองด้วย CAE

 


                   สำหรับตัวอย่างต่อไปนี้เป็นตัวอย่างสุดท้ายน่ะครับเพราะเรามีเนื้อที่จำกัดเลยคัดตัวอย่างที่เด่นๆมาให้ทุกท่านได้รับทราบถึงความสามารถของเทคโนโลยี CAE และแน่นอนว่าตัวอย่างต่อไปนี้ก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่ทางแพทย์เองก็พยายามที่จะนำ CAE มาประยุกต์เพราะหลายๆครั้งการรักษาคนป่วยที่ต้องรับการผ่าตัดและเป็นการผ่าตัดกับอวัยวะที่สำคัญๆนั้นต้องได้รับการวางแผนอย่างดีเยี่ยมและต้องไม่มีความผิดพลาดเกิดขึ้นเลย เพราะความผิดพลาดที่เกิดขึ้นนั้นอาจหมายถึงชีวิตของผู้ป่วยนั้นเอง สำหรับตัวอย่างนี้น่ะครับเป็นตัวอย่างของการวางแผนเพื่อผ่าตัดลิ้นหัวใจสำหรับคนไข้ที่เป็นโรคสิ้นหัวใจผิดปกติ ซึ่งก่อนที่แพทย์จะผ่าตัดเพื่อเปลี่ยนหรือตกแต่งลิ้นหัวใจที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นจะต้องทราบก่อนว่าการตกแต่งที่กระทำไปนั้นมีผลกับการไหลเวียนของเลือดภายในหัวใจอย่างไรบ้างเพราะการไหลเวียนของเลือดไม่ว่าจะเป็นเลือดดี (เลือดแดง) ที่ส่งไปเลี้ยงร่างกายหรือเลือดเสีย (เลือดดำ) ที่ต้องส่งไปฟอกที่ปอดจะต้องไม่เกิดการตกค้างอันเนื่องมาจากภาวะการหมุนวนของกระแสเลือดภายในหัวใจ (Recirculation Zone) และการเปลี่ยนแปลงลิ้นหัวใจดังกล่าวยังต้องคำนึงถึงแรงดันและความแข็งแรงของลิ้นหัวใจหลังจากตกแต่งหรือติดตั้งอีกด้วย

              จากรูปที่ 4 เป็นวิธีการถอดแบบรูปร่างของหัวใจขอผู้ที่จะรับการผ่าตัดซึ่งได้จากการสร้างภาพด้วยเครื่องเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI : Magnetic Resonance Imagine) และการสร้าง Mesh เพื่อนำไปศึกษาและทำนายการไหลของเลือดภายในหัวใจ ส่วนภาพที่ 5 แสดงการไหลของเลือดหลังจากได้รับการผ่าตัดเพื่อปรับปรุงการไหลซึ่งพบว่าการไหลที่เกิดขึ้นนั้นสามารถนำเลือดออกจากหัวใจไปฟอกหรือไปหล่อเลี้ยงร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพและสามารถกำจัดสภาวะเลือดตกค้างอันเนื่องมาจากภาวะการหมุนวนของกระแสเลือดภายในหัวใจได้เป้นอย่างดี

 

รูปที่ 4 รูปร่างของหัวใจที่ได้จากการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI)
ที่มา   :   http://www.cd-adapco.com/


รูปที่ 5 การไหลของเลือดหลังจากผ่าตัด
ที่มา   :   http://www.cd-adapco.com

 

              จากที่กล่าวมาทั้งหมดน่ะครับเป็นเพียงส่วนหนึ่งที่แพทย์พยายามนำ CAE ไปแก้ปัญหาที่มีความซับซ้อนเพราะปัญหาบางอย่างไม่สามารถทำได้ในห้องทดลองหรือถ้าทำได้ก็ต้องใช้ระยะเวลานานและงบประมาณที่สูงมาก แต่ข้อจำกัดดังกล่าวเหล่านี้จะหายไปพร้อมๆกับการประยุกต์ CAE ที่มากขึ้นในวงการแพทย์ไม่ว่าในต่างประเทศหรือในประเทศไทยและผมหวังเป็นอย่างยิ่งว่าท่านผู้อ่านทุกๆท่านก็กำลังนำ CAE ไปใช้อยู่ในงานของท่านเช่นเดียวกัน สำหรับฉบับหน้าน่ะครับผมจะนำทุกท่านข้ามวงการจากการแพทย์ไปยังวงการทหารและการออกแบบอาวุธ ซึ่งก็จะเป็นอีกด้านนึงครับที่น่าสนใจเป็นอย่างมาก รอติดตามชมฉบับหน้าน่ะครับ

 



< พฤศจิกายน 2561 >
อา พฤ
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930