El cirujano vascular Pat Kelly de Sanford Health en Sioux Falls, Dakota del Sur, sabía que a sus pacientes les iba mejor con el stent-injerto que diseñó, pero quería una mejor comprensión de la mecánica antes de probar el dispositivo más ampliamente en un ensayo clínico.eso, contactó a la Universidad Estatal de Dakota del Sur.
El profesor asociado Stephen Gent en ingeniería mecánica había realizado modelos de dinámica de fluidos computacional durante más de 10 años, pero esta fue su primera experiencia simulando el flujo sanguíneo.
Su asociación de investigación ha sido exitosa.
El equipo de Sanford Health comenzó un ensayo clínico de la Administración de Alimentos y Medicamentos en el dispositivo en marzo con el apoyo de los datos de la simulación de dinámica de fluidos computacional y los pacientes que Kelly trató. En abril, Sanford Health firmó un acuerdo de licencia con Medtronic queacerque este dispositivo que salva vidas a la comercialización. La investigación fue respaldada por una subvención de Sanford Frontiers.
Configuración del modelo
"Esto no es un problema trivial", dijo Gent, señalando que la sangre es un flujo pulsado. Él y el estudiante graduado Taylor Suess usaron un solucionador de dinámica de fluidos computacional disponible comercialmente, Star CCM + ®, y escribieron un código adicional para modelar el flujo sanguíneo a través decinco stents. Tres estaban disponibles comercialmente, mientras que dos, incluido el de Kelly, eran diseños nuevos.
Primero, los investigadores tuvieron que aprender la terminología médica y luego vincular los resultados de ingeniería con lo que importaba para los profesionales médicos. "El lenguaje se superpuso alrededor del 60 por ciento", dijo Gent, "pero ayudó que Kelly fuera ingeniero estructural antes de convertirse en ingeniero estructural".un cirujano."
Para comparar los dispositivos, Suess tuvo que crear un modelo geométricamente correcto de cada injerto en relación con las mismas coordenadas y posicionamiento de la aorta en el tronco del cuerpo y las arterias que alimentan los órganos y se extienden hacia las piernas. "Pasé un tiempo significativo modificandolos archivos CAD para hacer la comparación lo más justa posible ", señaló.
Simulando el flujo sanguíneo
El flujo sanguíneo simplificado se asemeja a un líquido que se mueve a través de las tuberías desde la perspectiva del análisis de fluidos, pero Suess, señaló, "las condiciones límite son complejas y los parámetros no son bien conocidos"
Para capturar lo que estaba sucediendo con el flujo sanguíneo cerca de las paredes arteriales donde tiende a comenzar la aterosclerosis, los investigadores tuvieron que escribir su propio código. Tenían que considerar el índice de cizallamiento oscilante, el esfuerzo cortante de pared promediado en el tiempo, el tiempo de residencia relativo y el cizallamiento de la paredgradiente temporal de estrés.
"Mientras más tiempo permanezca la sangre en un sitio, mayor será la probabilidad de que los glóbulos blancos se acumulen y causen un engrosamiento de las paredes de las arterias", dijo Suess. Ese estrechamiento aumenta el esfuerzo de corte en la pared del vaso.
El ingeniero biomédico de Sanford Health, Tyler Remund, que forma parte del equipo de desarrollo de productos de Kelly, explicó que las arterias que alimentan los riñones son muy propensas a la coagulación. Remund obtuvo su licenciatura en ingeniería mecánica de SDSU y luego completó su doctorado en ingeniería biomédica en elUniversidad de Dakota del Sur.
"El desafío que ha enfrentado la industria es mantener abiertos los vasos renales", agregó, y señaló que la longitud corta y el diámetro pequeño de las arterias renales las deja propensas a estrecharse una vez que se les coloca el stent.
Para tener en cuenta el flujo de sangre pulsátil transitorio, Suess importó una tabla de datos extensa en el software que especifica la velocidad de flujo volumétrico de la sangre a través del sistema cada 5.000 de segundo y genera una solución cada 1.000 de segundo parahacer una simulación para un ciclo de un segundo
Tradicionalmente, el flujo sanguíneo se modela como un fluido no newtoniano; sin embargo, los investigadores descubrieron que estas propiedades se aplican a las arteriolas y capilares que tienen 1 milímetro o menos de diámetro. Cuando Suess comparó las simulaciones usando propiedades de fluidos newtonianos y no newtonianos,encontró "casi ninguna diferencia"
Apertura de oportunidades
El modelado del flujo de fluido "ayudó a validar que la configuración está entregando un flujo sanguíneo más desarrollado con el diseño", según Kelly.
"La simulación muestra que el comportamiento del flujo al lado de la pared de la arteria es más ordenado, predecible y moderado con el diseño. Divide el flujo sanguíneo aguas arriba y lo deja llegar gradualmente a los canales", dijo. Gent y Suess confirmaron esto cuandoejecutó las simulaciones por computadora.
Según Kelly, solo un pequeño número de pacientes, dos por 100,000 al año, son diagnosticados con aneurismas toracoabdominales, sin embargo, la mayoría de estos pacientes no sobrevivirían a la cirugía tradicional, que implica una incisión desde el pecho hasta la ingle.
"Este enfoque menos invasivo podría dar una opción a más pacientes", señaló Kelly.
Este proyecto podría generar más oportunidades para los investigadores de ingeniería. Gent acompañó al cirujano de Sanford a una conferencia donde Kelly presentó el trabajo que habían realizado.
"Tenemos muchas opciones para avanzar", dijo Suess. "Podemos hacer este tipo de modelado para cualquier stent".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Dakota del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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