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An Integrated Heart Model for the simulation of the cardiac function

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Simulador virtual del corazón humano

Mediante la combinación de varios modelos matemáticos, un equipo de investigación creó un potente modelo del corazón para apoyar la investigación y los tratamientos médicos cardíacos.

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El corazón es un órgano fundamental del cuerpo humano. Las enfermedades cardiovasculares son responsables de más del 45 % de las muertes en Europa. El corazón también es extraordinariamente complejo y particular en cada persona. Conocer mejor la función subyacente de este órgano permitirá personalizar más los tratamientos de las cardiopatías. En el proyecto iHEART, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, un equipo de investigadores dirigido por Alfio Quarteroni, catedrático de Análisis Numérico en la Universidad Politécnica de Milán, ha desarrollado un simulador virtual del corazón. Este modelo computacional constituye una poderosa herramienta para mejorar nuestra comprensión de la función cardíaca, arrojar luz sobre los intrincados mecanismos del corazón y apoyar la toma de decisiones clínicas. «Más allá de su valor educativo, este modelo tiene importantes aplicaciones en el campo de la medicina, ya que proporciona un apoyo esencial a la asistencia sanitaria a la hora de emitir juicios médicos y concebir estrategias para abordar diversas afecciones relacionadas con el corazón», explica Quarteroni, investigador principal del proyecto iHEART.

Matemáticas avanzadas para estudiar el corazón humano

Para crear el corazón virtual, el equipo analizó las propiedades matemáticas y físicas de varios modelos cardíacos básicos antes de combinarlos en uno solo. Entre las propiedades analizadas por los investigadores figuran la electrofisiología, la mecánica activa y pasiva, la dinámica de fluidos, la cinética valvular, la circulación sanguínea, la perfusión miocárdica y la conducción de señales eléctricas a través del tronco. «El modelo de iHEART está diseñado para describir todos estos elementos y, al armonizarlos y acoplarlos, hemos creado un modelo unificado y biofísicamente detallado de la función cardíaca», afirma Quarteroni. Los resultados más significativos del proyecto tienen su origen en estos avances matemáticos, junto con la simulación posterior. El equipo fue pionero en la creación de técnicas avanzadas de aproximación de alto orden, que mejoraron la precisión de la simulación. El equipo también creó nuevos solucionadores algebraicos para optimizar el rendimiento computacional e integró en la investigación conceptos y metodologías punteros del aprendizaje automático científico. «Estas contribuciones pioneras culminaron en un importante número de trabajos de investigación en revistas de prestigio, que abarcan los campos de las matemáticas, la bioingeniería y la medicina», añade Quarteroni.

El simulador iHEART

El nuevo simulador iHEART no tiene precedentes por su capacidad de amalgamar y reproducir a la perfección intrincados procesos cardíacos en una plataforma unificada. «Este alto grado de integración ofrece una precisión biofísica sin parangón a la hora de simular el funcionamiento del corazón y las enfermedades relacionadas —afirma Quarteroni—. Representa un avance pionero en el campo de la cardiología computacional, ya que ofrece un enfoque particular y completo para simular el corazón en un ordenador». Junto con el simulador, el equipo también ha creado un conjunto de bibliotecas de «software» con funciones cardíacas complejas, que están a disposición de una amplia comunidad de usuarios, incluidos los que tienen formación en medicina y bioingeniería.

Aplicaciones médicas

Se espera que el simulador iHEART desempeñe un papel fundamental en el avance de nuestra comprensión de las enfermedades cardíacas, lo que en última instancia conducirá a tratamientos innovadores. «Nuestra ambición visionaria es integrar a la perfección las simulaciones numéricas por ordenador de la función cardíaca tanto en el campo de la bioingeniería como en la práctica clínica, con el objetivo de crear gemelos digitales cardíacos», señala Quarteroni. iHEART contribuye activamente al diagnóstico y tratamiento de diversas patologías cardiovasculares mediante colaboraciones con numerosas divisiones clínicas, tanto dentro como fuera de Italia. «Prevemos que el modelo de iHEART contribuirá significativamente al diagnóstico y tratamiento de patologías cardiovasculares, lo que fomentará avances en la atención sanitaria cardíaca en beneficio de pacientes de todo el mundo».

Palabras clave

iHEART, corazón, cardiovascular, enfermedades, virtual, simulador, modelo, matemáticas, funciones, médico

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