Ingeniería inversa aplicada a la cardiología

¿QUÉ ES LA INGENIERÍA INVERSA?

La ingeniería inversa es el proceso de descubrir los principios fisicomecánicas de un objeto, herramienta, dispositivo o sistema, mediante el razonamiento abductivo (haciendo conjeturas) de su estructura, función y operación. Dicho de otra manera: se trata de tomar algo – por ejemplo, un dispositivo mecánico – y analizar su funcionamiento en detalle, con el objetivo de crear un dispositivo que haga la misma tarea o una similar y mejore los detalles del original. Con la llegada del CAD y los scáners este procedimiento se ha dinamizado mucho, y es muy corriente ya escanear una pieza de cualquier máquina para realizar una mejora en ella mediante nuestro programa de diseño.

LA INGENIERÍA INVERSA EN LA PREPARACIÓN DE PRÓTESIS PARA IMPRESIÓN 3D

En un reciente proyecto conjunto de Tikoa, el OPTFAIN y la Universidad Adolfo Ibañez de Santiago de Chile se planteó aplicar la ingeniería inversa para realizar un modelo de una arteria aorta humana funcional basada en un paciente con un diganóstico prévio de aneurisma sacular en el arco superior de la aorta. El hipotético implante se realizaría en un sistema critico del cuerpo humano, como es el sistema cardíaco, y por lo tanto es de suma importancia la valoración precisa de las propiedades físicas del material a utilizar. Y es por eso que se ha optado por utilizar un sistema de trabajo más propio de la ingenería que de la medicina, como es la ingeniería inversa.

EL PROCESO

Para la realización del modelo se han utilizado dos tipos de técnicas de radiología. En primer lugar se realizó un tomografía computerizada de la zona torácica. La tomografía computarizada (TC) es una tecnología para diagnóstico con imágenes. Utiliza un equipo de rayos X especial para crear imágenes transversales del cuerpo. Durante un procedimiento de TC, el paciente permanece inmóvil sobre una mesa. La mesa pasa lentamente a través del centro de una gran máquina de rayos X. Durante ciertas pruebas, el paciente recibe un tinte de contraste que ayuda a que algunas partes del cuerpo se vean mejor en la imagen. Dichos “cortes” se juntan en un fichero llamado “stack” y luego se recomponen mediante un programa de segmentación, en este caso Dornheim Segmenter.

tomografo

En segundo lugar se realizó una angiografía, una técnica radiológica para obtener imágenes con referencia al diámetro, aspecto, número y estado clínico de las diversas partes del aparato vascular.

De esta manera se han obtenido datos precisos no tan sólo de la superficie de la ateria aorta sino también de su grosor y diámetro (tanto interno como externo) en los diferentes tramos.

Con ello, se obtuvo el diagnóstico. El escáner mostró la presencia de un aneurisma sacular de la aorta torácica (arco aórtico). Su diámetro era de 8 cm. La sintomatología se debe a la distorsión y compresión de los órganos adyacentes, lo que significa que la patología encontrada se debe a un mal funcionamiento mecánico de la aorta. Es por este mal funcionamiento mecánico que se opto por ver el problema más desde el punto de vista de la ingeniería que del propiamente médico, para la obtención de mejores resultados.

Despues de realizada la “segmentación” se procedió a la separación de las imágenes del “stack” correspondientes a la arteria aorta de la anatomía circundante para obtener un modelo 3D preciso del tramo de la aorta sobre el cual queríamos realizar el estudio.

PASANDO DE 3D A 4D

Una vez el modelo 3D de la aorta estuvo listo, se procedió también a recrear las zonas adyacentes mediante un TC 4D (un TC con información temporal) con contraste, para poder acordar con el médico la fase del latido que se quería reconstruir, a fin y efecto de poder recrear la “mecánica” de la zona que produce el aneurisma aórtico del paciente.

Una vez realizado todo el trabajo de separación de las anatomías implicadas en la patología y de su comporatmiento mecánico, se introdujeron los diferentes modelos en el conocido programa de ingeniería Solid Works, que cuenta con simuladores mecánicos muy precisos, para determinar las zonas de las “piezas” que reciben más stress en el funcionamiento, y que, por tanto, son más susceptibles de romperse o tener mal funcionamiento.

Del estudio de todos los datos obtenidos se determinó que que en la fase del latido estudiada el corazón oprimía en exceso la zona del aneurisma y era la causa de la patología. Por tanto, se realizó un modelo que contemplaba dichos comportamientos, a fin y efecto de poder realizar un implante completo que eliminara el problema sin tener que hacer una cirugía muy arriesgada para el paciente.

OBJETIVOS

El objetivo final de esta técnica no es obtener una pieza impresa en 3D en este punto, sino determinar cuales son las características fisicomecánicas que debería tener el material con el cual realizar la impresión. En este caso se simularon diversos “shores” (grados de dureza) de la gama Tango de Stratasys, un material elástico pero no biocompatible. En este punto del proyecto no importa tanto la biocompatibilidad del material como sus característica fisicomecánicas.

El resultado del estudio determinó que el modelo con el comportamiento ideal en cuanto a geometría había reducido considerablemente el grosor de la zona del arco aórtico para compensar la fase diastólica del corazón.

Ingeniería inversa de una aorta

Y en este punto queda el trabajo de ingenieria inversa, cuyo objetivo es mejorar el funcionamiento y las prestaciones de una pieza ya existente. Quedan para una siguiente fase del proyecto la elección de los materiales, teniendo en cuenta diversos factores, como la biocompatibilidad o el factor Ph de los materiales a usar en la impresión 3D.

Creemos que estas técnicas de simulación física, tan comunes en la ingeniería, se irán imponiendo en diversas especialidades de la medicina a la hora de realizar prótesis,  implantes y otros procedimientos de scaffolding, ya que aumentan las posibilidades funcionales de la pieza a implantar y optimizan y abaratan mucho el proceso de impresión en sí misma.

2018-07-09T15:22:26+00:00

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