I modelli medici stampati in 3D possono aiutare a migliorare il monitoraggio dei dispositivi ventricolari e del flusso sanguigno
In ” Tecniche di modellazione innovative e stampa 3D in pazienti con dispositivi di assistenza ventricolare sinistra: un ponte dalla panca alla pratica clinica “, i ricercatori statunitensi esaminano nuove tecniche per un migliore monitoraggio dei dispositivi di assistenza ventricolare sinistra (LVAD) e per la risoluzione degli allarmi. Il bisogno è dovuto alla dinamica del flusso alterata causata da LVAD, che sono stati una tecnologia in via di sviluppo negli ultimi 30 anni.
Gli autori esaminano nuovi metodi di sviluppo che non sono ancora in uso clinicamente, ma che potrebbero avere un impatto significativo in futuro in quanto sono in grado di migliorare il trattamento di pazienti cardiaci che possono avere una bassa gittata cardiaca o addirittura essere in insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Poiché i LVAD offrono un “ponte” per i trapianti o per ulteriori terapie, alcuni modelli possono causare problemi come:
Alta trombosi
Valori di guasto della valvola
Aumento del flusso
Complicanze emorragiche
Ictus
Anche con un design superiore, potrebbero sorgere problemi a causa del modo in cui il LVAD viene inserito nel corpo. Qui, i ricercatori esaminano ulteriormente le tecniche che prevedono il flusso LVAD. Queste tecniche non solo possono portare a una migliore risoluzione dei problemi, ma anche a una migliore pianificazione chirurgica, spesso con l’aiuto di guide stampate in 3D.
La fluidodinamica computazionale è utilizzata per creare prototipi LVAD e testarli:
“Prima di eseguire una simulazione al computer, è necessario definire l’esatta geometria 3D dell’oggetto, in genere da ecografia cardiaca o ecocardiografia 3D”, affermano i ricercatori. “Le caratteristiche fisiche del fluido, in questo caso il sangue, e i confini circostanti sono definiti. In queste simulazioni al computer, si presume che il sangue agisca come un fluido ideale.
“La quantità di flusso di sangue attraverso l ‘” ingresso “(ventricolo sinistro) e” l’uscita “(l’aorta) può essere derivata da cateterizzazione cardiaca o ecocardiografia. Queste condizioni geometriche e al contorno sono input per una simulazione al computer che funziona essenzialmente come un laboratorio di flusso virtuale. Le informazioni possono quindi essere utilizzate per generare informazioni sullo stress da taglio, sulla dissipazione del calore e sulla pressione sulla parete. Modelli per l’emolisi e l’attivazione piastrinica possono anche essere generati per testare un dispositivo per l’emocompatibilità. “
L’interazione della struttura del fluido (FSI) consente ai ricercatori di esaminare il flusso del fluido attorno a una “struttura deformabile”, con simulazioni CFD che consentono di valutare i seguenti parametri emodinamici:
Pressione
Velocità
Stress da taglio a muro
Spostamento
Le simulazioni consentono ai ricercatori di osservare il flusso disturbato, che può essere collegato a problemi con aterosclerosi e trombogenesi. Gli autori sottolineano che la maggior parte degli studi CFD sono carenti nella specifica geometria del paziente richiesta, insieme ai risultati a lungo termine.
“Il CFD può rivelarsi una tecnica utile potenzialmente utilizzabile clinicamente per la pianificazione dell’impianto LVAD, la sorveglianza e la risoluzione dei problemi delle complicanze del paziente con LVAD”, affermano i ricercatori. “La valutazione delle caratteristiche dei fluidi avversi in relazione agli esiti clinici avversi a lungo termine può fornire importanti informazioni sulle tecniche chirurgiche di impianto”.
Nella velocimetria dell’immagine particellare (PIV), i ricercatori esaminano l’imaging sequenziale rapido per calcolare i vettori di velocità e la dinamica dei fluidi. La modellizzazione PIV prevede la creazione di:
Un organo fantasma trasparente
Laser
telecamera
Semina particelle
Software di elaborazione delle immagini
Gli autori vedono il potenziale per il PIV nella comprensione del posizionamento di LVAD e della fluidodinamica.
Ora vengono utilizzati anche modelli stampati in 3D in modo che i ricercatori possano capire di più sulle malattie cardiache. Possono essere utili nella pianificazione chirurgica, oltre a contribuire al posizionamento dei dispositivi di assistenza ventricolare (VAD). I modelli cardiaci hanno anche aiutato con gli impianti virtuali, insieme a VADS anche nei bambini. I ricercatori sottolineano che i modelli di cuore stampati in 3D migliorano il posizionamento anatomico e le tecniche chirurgiche, sono inferiori alla simulazione continua della pompa di flusso. Raccomandano modelli di simulazione migliori con la modellazione CFD o PIV.
“Con l’evolversi della tecnologia di stampa 3D, c’è speranza di sviluppare modelli specifici per il paziente che replicano le caratteristiche anatomiche e fisiologiche da utilizzare nella pianificazione chirurgica LVAD”, concludono i ricercatori.
“A lungo termine, una migliore fluidodinamica può aiutare a migliorare le tecniche di impianto e ridurre il carico di eventi avversi significativi”.
