Construcción y evaluación fluidodinámica de un modelo arterial de carótida, sin y con aneurisma extra craneal, mediante ingeniería inversa y simulación computacional

Abstract

Los Accidentes Cerebrovasculares (ACV) representan, sólo en los Estados Unidos de América, cerca de 130.000 muertes por año, donde el 58% de dichos casos son debido a rupturas de aneurismas. Aunque los Aneurismas Extra Craneales de Carótida (AEC) no se pueden categorizar como ACV, se reporta que son precursores de estas patologías. Un estudio in vivo en ese punto del sistema cardiovascular, para la planeación y entrenamiento de cirugías, tratamientos y diseño de dispositivos médicos, hace que sea una tarea difícil que puede poner en riesgo al paciente. La simulación in sílico y la experimentación con biomodelos físicos tridimensionales, se convierten en alternativas menos riesgosas para la evaluación de pacientes. La validación fluidodinámica con modelos anatómicos cada vez más cercanos a la realidad del paciente, a partir de imágenes médicas provenientes de la Resonancia Magnética (RM) y la Tomografía Axial Computarizada (TAC), es usada para generación de información clínico médica. Adicionalmente, diferentes tipos de software comerciales son usados normalmente en estas técnicas, pero son licencias que pueden costar varios miles de dólares, haciendo costoso la generación de estos biomodelos. El propósito de este trabajo es construir un modelo arterial de carótida, con y sin Aneurisma Extra Craneal (AEC), usando procesos de ingeniería inversa, tales como el procesamiento de imágenes médicas, reconstrucción de modelos virtuales CAD, prototipado rápido, simulación mediante estudios de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y fabricación de biomodelos físicos. Los resultados obtenidos fueron: un modelo físico de arteria carótida hecho de PVA con un 20% de desviación dimensionales entre la geometría física y virtual, una simulación computacional donde el caso más crítico de ruptura y de puntos de estancamiento se presentó para el aneurisma ACE, la validación experimental del modelo de arteria carótida sana mostró correspondencia de los resultados con valores de error hasta el 10% y velocidades de 1.5 m/s. La capacidad de producir modelos, con patologías anatómicas precisas obtenidas de pacientes, para evaluar una gran variedad de situaciones fisiológicas mediante estudios numéricos y experimentales, constituye un paso clave en el desarrollo de la medicina personalizada en el país. Este estudio puede abrir posibilidades para mejorar el mejoramiento del entrenamiento clínico y la planeación quirúrgica.