Ferramentas de modelagem 3D aeroespacial do Hospital Infantil de Boston ajudam cirurgiões a consertar corações

O cirurgião cardíaco pediátrico David Hoganson tem reparado doenças cardíacas congênitas por meio da inovação desde que se juntou à equipe do Hospital Infantil de Boston em 2014. Como cirurgião cardíaco com formação em engenharia e experiência na indústria no desenvolvimento de dispositivos médicos cardiovasculares, Hoganson se esforça para desenvolver novas abordagens para melhorar a segurança e a eficácia da cirurgia cardíaca para alguns dos pacientes mais jovens do hospital. Desenvolvimentos pediátricos, como adesivos para cirurgia cardíaca que usam cordão umbilical ou dispositivos cardíacos de recém-nascidos que permitem que os cirurgiões prevejam o sucesso dos reparos das válvulas cardíacas não só lhe rendem prêmios, mas também fazem parte de sua motivação para fornecer cuidados compassivos a neonatos e crianças. Recentemente, Hoganson confiou em ferramentas emprestadas da indústria aeroespacial para reparar o átrio direito dilatado de um paciente de 18 anos que tornava o fluxo através de sua circulação de Fontan muito ineficiente.

Os pacientes de Fontan foram previamente submetidos a um procedimento de Fontan usado para redirecionar o fluxo sanguíneo da parte inferior do corpo para os pulmões através de um método que desconecta a veia cava inferior do coração e a direciona diretamente para a artéria pulmonar através de um conduto extracardíaco, permitindo o sangue do parte inferior do corpo para fluir para a artéria pulmonar e, em seguida, para os pulmões, sem ter que passar pelo coração. Este método geralmente deixa um único ventrículo responsável por bombear sangue para o corpo e estudos mostraram que pacientes com conexões atriopulmonares podem desenvolver distensão atrial direita acentuada com o tempo.

Para chegar a uma solução ideal para ajudar o jovem ventrículo único de alto risco ou paciente de Fontan da Carolina do Norte, Hoganson recorreu aos engenheiros aeroespaciais da desenvolvedora de software 3D Dassault Systèmes para usar um software muito complexo para engenharia de asas de aviões.

Temos colaborado com a Dassault Systèmes há mais de um ano, usando algumas de suas ferramentas de simulação e engenharia para planejar melhor operações complexas

disse Hoganson, que também faz parte da equipe do Boston Children’s Hospital Heart Center, o maior PROGRAMA de coração pediátrico nos Estados Unidos.

Quando esse paciente apareceu, já estávamos no caminho certo para desenvolver um processo para fazer remendos para o arco aórtico projetados para caber perfeitamente em crianças. Então, quando determinamos que ele precisava de um manguito, que tem uma curvatura complexa semelhante às manchas da aorta, percebemos que tínhamos as ferramentas e o conhecimento para criá-lo.

David Hoganson. (Imagem cortesia do Hospital Infantil de Boston)

Conforme relatado pelo Hospital Infantil de Boston, antes de criar a braçadeira, Hoganson e sua equipe executaram uma série de simulações de computador do procedimento cirúrgico usando o software da Dassault e também modelaram o fluxo através da reconstrução cirúrgica planejada, que agora faz parte de seu procedimento padrão durante o planejamento para cirurgia cardíaca complexa. No entanto, a modelagem de fluxo por computador através da circulação de Fontan do paciente previu uma perda de energia de 15 por cento ao colocar um manguito de transição entre o conduto e os ramos da artéria pulmonar.

A modelagem de fluxo por computador previu uma redução de 15% na perda de energia ao colocar um manguito de transição entre o conduto e os ramos da artéria pulmonar. (Imagem cortesia de David Hoganson)

Hoganson explicou que, dado o grande tamanho da entrada nas artérias pulmonares (38 mm de diâmetro) em comparação com o tamanho do conduto (20 mm de diâmetro), um manguito especial teve que ser projetado para criar uma transição suave entre o conduto e as artérias pulmonares nativas . O foco na modelagem 3D e simulação de fluxo permitiu à equipe projetar um manguito para obter o fluxo desejado. Mas traduzir a forma particular do manguito de um material de remendo plano para o manguito real de que eles precisavam era problemático. Então, Hoganson procurou seus parceiros na Dassault para obter ajuda, e um dos engenheiros aeroespaciais da empresa francesa ajudou Hoganson e sua equipe a usar um software muito complexo desenvolvido para engenharia de asas de avião para “desdobrar” a braçadeira no computador e gerar a forma necessária para recriar a braçadeira de um material de remendo.

Todo o processo demorou algumas semanas, pois fizemos algumas melhorias no design

explicou Hoganson

Isso só foi possível porque a Dassault desenvolveu essa ferramenta que envolvia matemática altamente complexa que projetava como remendar as asas usando a elasticidade das propriedades mecânicas dos materiais do remendo da asa, que poderíamos então usar para incorporar a elasticidade dos materiais do remendo da aorta. Ficamos gratos por eles estarem dispostos a compartilhar esse software e sua experiência conosco. Quando chegou a hora da cirurgia, o resultado foi fenomenal.

Desenho do manguito achatado para cortar do material do remendo (à esquerda) e modelo do manguito em 3D (à direita). (Imagem cortesia de David Hoganson)

Enquanto Hoganson realizava a cirurgia, alguns engenheiros da equipe observavam o procedimento virtualmente, como costumam fazer, verificando modelos de computador e certificando-se de que tudo ocorria conforme planejado. O cirurgião disse que o manguito se encaixou exatamente como deveria e que quando retiraram as pinças, tudo funcionou perfeitamente.

A braçadeira implantada com sucesso foi uma peça de um esforço muito maior para Hoganson:

É apenas um instantâneo do que temos feito e para o que estamos trabalhando. Estamos muito entusiasmados com nossa colaboração contínua com a Dassault e com a aplicação dessas ferramentas complexas para fazer uma diferença mensurável na vida de nossos pacientes. Quando apropriado, estamos tentando mudar esses esforços e usar essas ferramentas de engenharia para prever a melhor maneira de fazer a cirurgia e, depois, ver se eles previram o resultado com precisão. Em última análise, queremos entender como podemos contar com essas ferramentas para ajudar a tomar melhores decisões para nossos pacientes.

A modelagem por computador mostra a posição da braçadeira projetada. (imagem cortesia de David Hoganson)

Hoganson também disse que está trabalhando para aplicar o mesmo fluxo de trabalho usado para esta cirurgia a outras cirurgias que eles fazem mais rotineiramente. Sua equipe foi recentemente financiada para aplicar a tecnologia a pacientes com aorta em um ensaio clínico e planeja começar com pacientes com arco de risco mais baixo e, progressivamente, passar para pacientes com arco mais complexos.

Encontrar soluções criativas para pacientes com problemas incomuns faz parte da missão da Hoganson. Junto com Peter Hammer, um cientista pesquisador do Departamento de Cirurgia Cardíaca do Hospital Infantil de Boston, ele reuniu uma equipe de engenheiros para utilizar modelagem e simulação 3D para aprimorar as capacidades do Heart Center no planejamento pré-operatório. Eles agora têm um serviço de consultoria para o Heart Center para criar modelos 3D para visualização pré-operatória e intra-operatória da anatomia complexa do paciente e dependem da dinâmica de fluidos computacional para modelar o fluxo sanguíneo esperado em pacientes que têm apenas um único ventrículo em funcionamento. Em uma postagem recente do LinkedIn, o especialista descreveu como “esses métodos computacionais poderosos nos permitem planejar modificações cirúrgicas que otimizam o equilíbrio do fluxo para as artérias pulmonares e minimizam a perda de potência, levando a melhores resultados para o paciente”. As ferramentas de planejamento 3D ajudarão os cirurgiões a planejar procedimentos e tratamentos personalizados de acordo com as características individuais dos pacientes, levando adiante o sonho de uma medicina mais personalizada.

Quebra de linha

Quebra de linha

Fonte: 3DPrint.com

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Posts Relacionados

Comece a digitar sua pesquisa acima e pressione Enter para pesquisar. Pressione ESC para cancelar.

De volta ao topo