Investigadores de IQS han desarrollado un modelo computacional para replicar la fluidodinámica de la arteria aorta torácica, para mejorar el diagnóstico de pacientes con aneurismas aórticos y poder ofrecerles una solución médica más personalizada.
Instantánea de la simulación de interacción fluido-estructura realizada
Los aneurismas de la aorta son una dilatación progresiva irreversible de la pared aórtica que puede causar la ruptura o disección del vaso, lo que resulta en una pérdida catastrófica de sangre que puede conducir a la muerte. Existen dos posibles tratamientos quirúrgicos: la cirugía abierta, donde se reemplaza la zona afectada por un tubo sintético, o la reparación endovascular, donde un stent recubierto, implantado mediante un catéter, re-canaliza la sangre. En ambos casos, el remedio puede ser peor que la enfermedad, de forma que el manejo del paciente y la estratificación de riesgo son críticos, especialmente en la aorta ascendente donde la reparación endovascular no es viable.
Según las directrices actuales, el diámetro aórtico máximo aneurismal es el único criterio aceptado como predictor clínico del riesgo de ruptura. No obstante, la anormal fluidodinámica en la aorta ascendente se ha reportado ampliamente como una posible fuente de progresión del aneurisma, y su comprensión podría mejorar la evaluación del riesgo del paciente.
En este contexto, el Dr. Ramón Pons defendió recientemente su tesis doctoral ‘Análisis computacional de dinámica de fluidos en la aorta ascendente en pacientes con síndrome de Marfan’, dirigida por el Dr. Jordi Martorell, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales y coordinador del grupo de investigación Grupo de Ingeniería Vascular y Biomedicina – GEVAB de IQS School of Engineering.
La tesis ha sido realizada en colaboración con el Hospital Vall d’Hebron y el Barcelona Supercomputing Center – BSC.
En esta investigación se ha simulado con alta precisión la fluidodinámica de la aorta torácica en controles sanos y de pacientes con síndrome de Marfan, para poder correlacionar alteraciones fluidodinámicas con la progresión de los aneurismas. Se han utilizado simulaciones fluido-estructura basadas en imágenes clínicas, y se han extraído marcadores fluidodinámicos – como la vorticidad o el esfuerzo de cizalla – que han servido para estratificar los pacientes.
Simulaciones FSI como soporte para soluciones médicas
Este modelo computacional podrá ayudar en el futuro a personalizar las soluciones médicas de esta patología. La plataforma diseñada y desarrollada por el Dr. Pons permite realizar simulaciones de interacción fluido-estructura (FSI) con condiciones de contorno específicas de cada paciente. Se han utilizado datos de pacientes con síndrome de Marfan, una enfermedad genética que afecta al tejido conectivo y provoca aneurismas aórticos.
Los modelos geométricos han sido segmentados con SolidWorks® , el tratamiento de datos se ha realizado con MATLAB® y las simulaciones con el código de simulación para mecánica computacional de alto rendimiento ALYA, éste último facilitado por el BSC.
Así mismo, el equipo ha podido diseñar un sistema in vitro que puede exponer las células endoteliales aórticas humanas a un entorno fluidodinámico que imita al observado en simulación e imágenes médicas.
El estudio concluye que el acoplamiento de la pared a las simulaciones es esencial para obtener resultados con precisión y similares a los observados en imágenes clínicas. Además, se ha obtenido un parámetro adimensional – la relación de esfuerzos cortantes (o relación entre los que le cuesta rotar al fluido y lo que le cuesta avanzar) – como potencial marcador para estratificar la progresión del aneurisma en pacientes con síndrome de Marfan.
Esta tesis ha sido financiada a través del programa de Becas IQS para la realización de tesis doctorales.