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Image-based High-resolution In-silico Modeling of Total Cardiac Function

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Los modelos de «función cardíaca integral» ofrecen tratamientos más efectivos

Modelos del corazón ofrecen un mejor entendimiento de la función cardíaca en la salud y la enfermedad, lo que resulta en mejores estrategias terapéuticas. InsiliCardio desarrolló modelos cardíacos avanzados electro-mecánico-fluido para mejorar la evaluación y el tratamiento de los pacientes.

Salud

Las tecnologías de tomografía actuales ofrecen gran cantidad de información sobre la anatomía, estructura y función cardíaca a una resolución muy alta, a veces paracelular. No obstante, la personalización o las técnicas digitales que pueden aprovechar estos conjuntos de datos al máximo y representar la anatomía y fisiología del paciente con fiabilidad aún dan sus primeros pasos. Con financiación del programa Marie Skłodowska-Curie, el beneficiario de la beca de investigación del proyecto InsiliCardio pudo completar un estudio de viabilidad sobre la simulación de la función cardíaca integral personalizada. Esto se representó en modelos anatómicamente detallados y de alta resolución, incluidos los tres sistemas principales de física (fluido, estructural y eléctrico). El flujo de trabajo de la modelización demostró que la viabilidad de los modelos electro-mecánico-fluidos del corazón aumentan. Aunque todavía son costosos de construir, estos modelos son prometedores como herramienta para predecir reacciones ante intervenciones médicas.

Simulación integral de la función cardíaca electro-mecánica-fluida

InsiliCardio combinó las aportaciones de diversas disciplinas, a saber: cardiología (arritmias, insuficiencia cardíaca y tratamientos), ingeniería biomédica (construcción de modelos, análisis por imagen médica y técnicas de mapeo) y matemáticas (métodos numéricos e informática científica). Este método multidisciplinar permitió la realización de varios estudios que mostraron la aplicabilidad de los modelos computacionales para casos clínicamente relevantes. Por ejemplo, la tensión sobre la pared ventricular izquierda y la potencia biomecánica son biomarcadores potenciales para el diagnóstico y la predicción de los resultados de los tratamientos. No obstante, no son accesibles mediante los procedimientos clínicos habituales ni mediante imágenes médicas. La modelización de InsiliCardio permitió una mejor valoración de estos biomarcadores clínicamente prometedores. Otro flujo de trabajo creó modelos de mecánica auricular (las cámaras cardíacas superiores) y descubrió que es necesario tener mediciones personalizadas del espesor de las paredes para calcular fiablemente la tensión local. Los picos en la tensión de la pared auricular están asociados con la remodelación de los tejidos que provoca fibrosis y se considera un factor de riesgo principal para el desarrollo de fibrilación auricular. El equipo creó un marco de simulación para investigar este vínculo entre anatomía local, mecánica y electrofisiología. Según comenta el investigador Christoph Augustin: «A corto plazo, nuestros modelos pueden mejorar la selección de pacientes, la planificación terapéutica y la gestión de riesgos, lo que arrojaría beneficios clínicos. Concretamente, contar con modelos que simulen los biomarcadores que no aportan la imagenología o las mediciones clínicas puede brindar apoyo a la toma de decisiones en casos complejos y dudosos».

Hacia una mejor planificación terapéutica

Los modelos computacionales del corazón tendrán repercusiones en las vidas de los ciudadanos europeos, tanto a nivel industrial de herramientas para el desarrollo de dispositivos médicos (MDDT, por sus siglas en inglés) para diseñar y optimizar los dispositivos cardíacos, como mediante la oferta de «software» como dispositivo médico (SaMD, por sus siglas en inglés) para fines clínicos de diagnóstico y tratamiento. El diseño y la optimización de dispositivos cardíacos, válvulas cardíacas mecánicas o endoprótesis podrían beneficiarse del trabajo realizado a través del proyecto InsiliCardio. Una versión de código abierto del «software» llamada openCARP estará disponible gratuitamente para fines académicos. En la actualidad, openCARP incluye el simulador de electrofisiología, y prevé incluir módulos para las dinámicas mecánicas y de fluidos. Dando un paso más, Augustin usará los datos y modelos de InsiliCardio en el proyecto SICVALVES, ampliándolos para desarrollar modelos de crecimiento y remodelación para seguir investigando la hipertrofia ventricular (un aumento del grosor de la pared ventricular). Este es uno de los principales factores de riesgo de la insuficiencia cardíaca. El objetivo del equipo es ayudar a los médicos a planificar tratamientos más efectivamente. «En el futuro, esperamos que se usen los modelos computacionales para valorar el estado del avance de la enfermedad y para ofrecer predicciones a largo plazo de los resultados de los tratamientos», dice Augustin.

Palabras clave

InsiliCardio, corazón, cardiología, cardíaca, arritmia, tensiones sobre la pared ventricular, biomecánica, auricular, fibrilación, biomarcadores, fibrosis, hipertrofia

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