3Dマルチフィジックスシミュレーションソフトウェアは、レーザー脱毛技術の研究開発において、不可欠な仮想実験室として機能します。 皮膚と毛包の複雑な数学的モデルを作成することにより、このソフトウェアは、人体被験者を必要とせずに、レーザー光子の拡散と熱伝導という重要な物理的相互作用を同時にシミュレートし、生体組織への損傷を予測します。
毛包球および毛包膨大部における熱損傷率（q値）を正確に計算することにより、エンジニアは臨床試験が開始される前に、患者の安全を確保するために、エネルギー、パルス、および冷却パラメータを科学的に最適化することができます。
生物学的環境のモデリング
レーザーが人体にどのように作用するかを正確に予測するために、研究開発チームはまず、治療領域の詳細な3Dジオメトリを構築します。
仮想組織の作成
このソフトウェアは、人間の皮膚の層と毛包の構造を表す複雑な数学的モデルを構築します。
重要な構造の標的化
これらのモデルは、毛包球および毛包膨大部を特に分離します。これらは、永久的な毛髪の成長を抑制するために破壊されなければならない生物学的標的です。
物理的相互作用のシミュレーション
マルチフィジックスソフトウェアの真の力は、複数の物理シミュレーションを単独ではなく同時に実行できる能力にあります。
光子拡散解析
シミュレーションは、レーザー光が皮膚にどのように入り、どのように散乱するかを追跡します。これにより、光エネルギーが組織を拡散して毛包に到達する際の分布が計算されます。
熱伝導モデリング
光エネルギーが吸収されると、熱に変換されます。このソフトウェアは熱伝導をシミュレートし、その熱が毛幹から周囲の組織にどのように広がるかをマッピングします。
組織損傷の予測
光と熱のデータを組み合わせることで、ソフトウェアは生体組織への損傷を予測します。これは、熱損傷率として定量化され、しばしばq値と呼ばれます。
治療プロトコルの最適化
研究開発担当者は、これらのシミュレーションを使用して、最大限の効果と安全性を実現するためにデバイス設定を微調整します。
エネルギーとパルス幅の調整
エンジニアは、さまざまなエネルギーレベルとパルス持続時間をテストして、「スイートスポット」を見つけます。目標は、周囲の皮膚のq値を最小限に抑えながら、毛包内のq値を最大化することです。
冷却効率の評価
シミュレーションでは、冷却メカニズムも考慮されます。これにより、開発者は、表面冷却がどのように表皮を保護し、レーザーエネルギーが下の毛包を加熱するかを確認できます。
トレードオフの理解
マルチフィジックスシミュレーションは強力なツールですが、臨床結果の保証者ではなく予測者として機能します。
モデル対現実
q値予測の精度は、数学的入力の精度に完全に依存します。仮想モデルが人間の肌のタイプのばらつきを完全に模倣していない場合、熱損傷の予測は臨床現実と異なる場合があります。
臨床試験の役割
シミュレーションは臨床試験に取って代わるものではありません。それは出発点を最適化します。実際の臨床試験で検証される*前に*プロトコルを洗練するために使用される安全評価ツールです。
R&D目標に最適な選択をする
マルチフィジックスシミュレーションを利用する際には、特定の開発フェーズに基づいて焦点をシフトする必要があります。
- 主な焦点が有効性である場合： 永久的な毛髪減少を確実にするために、毛包球および毛包膨大部内のq値を最大化するシミュレーションを優先してください。
- 主な焦点が安全性である場合： 熱が周囲の表皮に危険に広がらないように、熱伝導と冷却効率のモデルに焦点を当ててください。
これらの相互作用を最初に数学的に検証することで、後続の物理テストのリスクと時間を大幅に削減できます。
概要表：
| シミュレーションコンポーネント | 物理的相互作用 | 研究開発目標 |
|---|---|---|
| 光子拡散 | レーザー光の散乱 | 皮膚層におけるエネルギー分布の計算 |
| 熱伝導 | 毛包への熱伝達 | 毛幹から球への熱伝播のマッピング |
| 損傷予測 | 組織損傷（q値） | 毛包の破壊の定量化 |
| 冷却評価 | 表皮保護 | 火傷を防ぐための表面冷却の最適化 |
| プロトコル調整 | エネルギーとパルス幅 | 患者の安全を確保しながら有効性を最大化する |
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参考文献
- Anuj Pall, Gregorio Viera‐Mármol. Triple Wavelength and 810 nm Diode Lasers for Hair Removal: A Clinical and <i>in Silico</i> Comparative Study on Indian Skin. DOI: 10.4236/jcdsa.2022.124014
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Belislaser ナレッジベース .
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