CAD的醫學和生物用途

今天，計算機輔助設計(CAD)工具被用於帶來令人興奮的生物和醫學進步的新進展，因為它們正在解決在過去幾十年裏隻能夢想著被征服的挑戰。

有了先進的CAD工具，微觀生物和組織現象的隱藏世界現在能夠為各種各樣的醫學和生物學目的建立可靠、準確的細節模型，闡明否則看不見的生物和醫學現象。

使用CAD工具，器官和組織的生物模型模擬了模型所基於的生物現象的幾何形狀和潛在的行為特性。完全沉浸式的生物組織模型，虛擬現實體驗現在正在創建。

從醫學影像數據建立模型

現在，使用計算機斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)等醫學成像技術生成的數據來生成CAD模型在技術上是可行的，而且相對容易。這項技術現在越來越多地用於手術前計劃，特別是一些醫療設備或假肢要被植入連接組織、骨骼或器官的手術。這個想法是，病人獨特而複雜的骨骼結構可以在CAD環境中根據實時掃描數據建模。在工作流程的這一點上，在CAD環境中設計假肢甚至數字化執行手術是可行的。通過這種方式，骨骼和組織結構的複雜結構可以用來確保假體完美地設計到所需的骨骼和組織結構，並且在進行危險的手術行為之前可以確定其適合性和功能。通過這種方式，數字手術是可以進行的。不僅如此，這種CAD領域的數字手術還使醫生能夠測試許多不同的方法和策略，目的是優化手術程序，以達到最佳的解決方案，手術變得更像高度工程化的生產設計。

上圖為插入導絲時，髂動脈和主動脈的CAD模擬預測圖。從圖片醫療設計簡介。

器官與組織模擬

當然，除了使用CAD工具簡單地進行數字手術之外，下一步是對生物組織進行建模和模擬。這種建模技術的使用可以使小現象變得非常容易理解和互動，用於訓練外科醫生、醫生和醫學生，因為它打開了重要的身體器官和組織係統。今天，研究、醫療和技術企業正在合作開發人體器官和組織係統的真實模型和模擬，目的是培訓外科醫生，最終使新的手術程序合格。例如，這已經在人類心髒上取得了很大的成功達索係統的活心髒項目．該項目提供了人類心髒的動態CAD模型，已經使全息三維空間中的醫療專業人員能夠旋轉跳動的心髒模型，並解剖模型的各個部分，以揭示以前隱藏的組織橫截麵。隨著其他模型的建立和對他們想要建模的組織和器官的驗證，在進行實際人體試驗之前，藥物和/或外科試驗將通過使用上述模型來評估其程序有效性來初步合格的那一天正在迅速臨近。就像心髒一樣，人體解剖結構中不缺乏器官和組織，它們的功能就像機器中的部件一樣，這將極大地受益於CAD模型模擬，使醫療專業人員能夠在使用手術刀或開藥之前真正掌握解剖結構的內部工作原理和功能。

藥物設計:分子力學建模

雖然這個應用程序與通常使用術語“CAD”時的想法略有不同，但仍然值得注意。簡單地說，計算機輔助藥物設計這門學科涉及分子動力學的複雜計算建模，以預測藥物如何在一個分子一個分子的基礎上與人體的化學生物解剖相互作用。以這種方式，計算模型被用於模擬和有時可視化原子到原子的過程。此外，它們被用於醫學和藥物開發，以模擬靶向藥物和藥物在發生過程的實際分子水平上傳遞到特定細胞。這種類型的模擬是非常寶貴的，因為它導致了特定的靶向藥物傳遞係統的更強大的設計，用於將藥物運輸到它將有效的確切分子位置。這些靶向給藥係統具有崇高而值得稱讚的目標，即通過降低所需劑量來顯著減少特定藥物的副作用，從而使發明全新的藥物療法成為可能。

在醫學和生物領域，CAD建模的黃金時代似乎才剛剛開始。不可否認，在這篇關於CAD功能的快速旋風之旅中，還有很多東西沒有說，其中最令人興奮和最具未來主義色彩的功能可能是有機人體組織本身的3D“打印”。的確，曾經隱藏的人體解剖學世界現在正變得越來越清晰，這無疑對人類有益。