解密 | 仿真揭曉抑制病毒傳播的多個面
全球面臨極為嚴峻的疫情形勢,許多人只能被迫呆在家中,惆悵著何時才能恢復往昔歲月靜好的日子。此時仿真專家想的更多的是:我們究竟可以幫著做些什么?他們深信平日里使用的這項技術對許多行業都有所裨益,其中自然也少不了醫療健康行業。在當下病毒肆虐,又將如何利用這項技術與人們共同戰疫呢?
在新冠肺炎疫情期間,Ansys聯合客戶、合作伙伴積極努力為抗擊疫情做出貢獻,通過運用我們的軟件、可用資源和員工的集體智慧,全力幫助受疫情影響的群體。本文將詳細介紹Ansys及其客戶和合作伙伴目前在抗擊病毒中采取的部分措施,以及更多知識分享。
防擴散之「保持適當社交距離(Social Distance)」
如今,全球人民被告知并知曉人與人之間最好保持2米(約6英尺)的人際距離。通過仿真技術,可以呈現出噴嚏和咳嗽飛沫究竟是如何在人際距離間進行傳播的,一目了然。該模型顯示病毒飛沫在空氣中迅速傳播,咳嗽時產生的飛沫會擴散到1米外的人的臉部、頸部和衣服上,而當相距2米時,由于重力將攜帶病毒的飛沫墜向地面,這種傳播風險就會顯著降低。
大量研究人員正借助仿真技術來深入了解可能包含病原體的飛沫如何傳播和感染他人,這些洞察將有助于研究如何能夠更有效地遏制飛沫型傳播
防擴散之「鍛煉時請保持更大距離」
以當前多國和地區建議的2米(6英尺)社交距離為例,試想,這一社交距離是放諸任何情境下都足夠安全嗎?當進行戶外鍛煉時,這個標準的社交距離是不夠的。Ansys合作伙伴也是來自埃因霍溫理工大學和魯汶大學的Bert Blocken與Fabio Malizia,他們構建的模型表明,為避免前面跑步或騎行者中的飛沫傳播,人們在運動的時候應保持更遠距離,如果緊跟在他人身后跑步,將會有極高的感染風險。
防擴散之「佩戴口罩,而且是正確的。」
那么戴口罩會有幫助嗎?已經感染者如果佩戴口罩,能將傳染他人的風險降低6倍。但我們也知道長時間佩戴口罩容易令人煩躁或導致不適,因此免不了會經常調整口罩,但這樣就會破壞面部和口罩間的密封性。通過仿真建模向我們展示了不合時宜地調整口罩會造成怎樣的感染風險,同時通過仿真顯示,進行適當調整,務必確保口罩正確密閉,以降低可能暴露的風險。
防擴散之「消殺管控」
病毒最終會依附在各種物體表面,所以必須通過有力的清潔管控手段來避免其擴散傳播。無論是準備讓患者入住還是在確認有病毒存在的地方,對房間和相關設施進行消毒有助于遏制病毒的傳播并保護易受感染人群的健康。仿真模型同樣也對如何有效開展消殺清潔工作具有指導意義,以下,由Ansys合作伙伴InSilicoTrials Technologies開展的仿真分析揭示了如何優化消殺流程,以確保房間潔凈安全。
助治療之「優化設備設計與制造」
對已感染新冠肺炎患者的治療,仿真技術針對優化治療方案也大有可為。例如,醫療設備行業可利用仿真來優化呼吸機的設計,實際上仿真正是加快呼吸機研發的最有效途徑,基于物理的仿真是加速產品研發最有效的方法,并確保這些設備能盡快到達需要的人手中。無疑,這有助于為患者提供更多急需的呼吸機。
助治療之「新藥研發」
仿真技術對于新藥研發也能提供幫助。如萬眾期待的那樣,希望業界能夠快速發現并批準抗擊新冠肺炎的疫苗,一旦成功研發疫苗,生物制藥行業面臨的最大挑戰是將疫苗生產從實驗室規模擴大到工業生產規模。而通過仿真技術,制藥企業可以采用虛擬環境試驗產能擴容方案,這將有效提高其首次實現正確規模化量產的機會。
大型反應器可生產數十億計規模的疫苗,借助仿真,能夠將量產疫苗質量與實驗室反應器生產的疫苗保持一致
助治療之「藥劑吸入和給藥」
一旦研究人員找到制造商有能力生產的治療方案,接下來的問題就是設計給藥系統,而這也是仿真能夠大顯身手的領域。如果采用吸入方式給藥,通過對吸入裝置如何將藥物輸送到肺部建模,仿真有助于醫療設備公司改進吸入裝置設計,并幫助醫生訓練患者掌握如何使用吸入裝置,以達到最佳效果。正如以下Ansys合作伙伴——位于俄克拉荷馬州立大學的生物流體與生物力學實驗室的Yu Feng博士所研究的,通過仿真,給藥系統在完成制造并用于人體后,將如同在虛擬系統中的表現一樣,能夠成功將正確的藥物劑量送達感染肺部。
相關研究之「負壓室及呼吸治療過程中的污染」
在當前高傳染性環境下,最大限度地降低醫生和醫護人員接觸新冠肺炎患者時被感染風險極為重要。負壓室有助于降低醫護人員在接觸患者時感染病毒的可能性,仿真可以演示不同房間的設計,從而幫助團隊優化房間設計、進風口布局、風機容量,避免口鼻飛沫在室內再循環。利伯緹大學(Liberty University)機械工程學教授Wayne Strasser博士近期應一家專門研發呼吸治療產品公司的邀請,協助他們研究關于新冠病毒的傳播。該團隊采用Ansys仿真解決方案研究醫院病房內呼吸治療過程中呼出的唾液和鼻涕的霧化顆粒分布。
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