Análisis de elementos finitos de un modelo de caja torácica: influencia de cuatro variables en la vida útil de la fatiga durante RCP manual simulada
Autores: Jeon, Jong Hyeok; Sul, Jae Ho; Ko, Dae Hwan; Seo, Myoung Jae; Kim, Sung Min; Lim, Hong Seok
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis de elementos finitos de un modelo de caja torácica: influencia de cuatro variables en la vida útil de la fatiga durante RCP manual simulada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Resucitación cardiopulmonar
Fatiga de fracturas
Modelos de caja torácica
Condiciones de compresión torácica
Análisis de elementos finitos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La resucitación cardiopulmonar (RCP) es una técnica de salvamento utilizada en emergencias cuando el corazón deja de latir, que típicamente implica compresiones en el pecho y ventilación. Los actuales lineamientos de RCP para adultos no diferencian según la edad más allá de la infancia y la niñez. Esta omisión aumenta el riesgo de fracturas por fatiga en las costillas de las personas mayores debido a la disminución de la densidad ósea y los cambios en la estructura torácica. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo investigar la correlación e impacto de los factores que influyen en las fracturas por fatiga de las costillas para una aplicación más segura de RCP manual extrahospitalaria. Utilizando el método de análisis de elementos finitos (AEF), realizamos un análisis de fatiga en modelos de caja torácica que incorporaban condiciones de compresión en el pecho y propiedades óseas trabeculares específicas de la edad. Se llevaron a cabo análisis de vida útil de fatiga en tres modelos de caja torácica específicos de la edad, cada uno diferenciado por propiedades óseas trabeculares, para determinar la influencia de cuatro variables explicativas (las propiedades del hueso trabecular (un sustituto de la edad del sujeto), el sitio de aplicación de la fuerza de compresión en el esternón, la magnitud de la fuerza de compresión aplicada y la velocidad de aplicación de la fuerza de compresión) en la vida útil de fatiga del modelo. Además, considerando la compleja interacción de las condiciones de compresión en el pecho durante la RCP real, nuestro objetivo fue predecir fracturas por fatiga de las costillas bajo condiciones que simulan escenarios de la vida real mediante el análisis de la sensibilidad y la interrelación de las condiciones de compresión en el pecho en la vida útil de fatiga del modelo. Las limitaciones de tiempo llevaron a la selección de condiciones de análisis óptimas a través del uso de diseño de experimentos (DOE), específicamente pruebas de arreglo ortogonal, seguido por la construcción de un metamodelo basado en aprendizaje profundo. Los valores de vida útil de fatiga del modelo de caja torácica predichos por el metamodelo mostraron la influencia de las cuatro variables explicativas en la vida útil de fatiga. Estos resultados pueden ser utilizados para diseñar pautas de RCP más seguras, especialmente para las personas mayores con alto riesgo de paro cardíaco agudo, protegiéndose contra posibles complicaciones como las fracturas por fatiga.
Descripción
La resucitación cardiopulmonar (RCP) es una técnica de salvamento utilizada en emergencias cuando el corazón deja de latir, que típicamente implica compresiones en el pecho y ventilación. Los actuales lineamientos de RCP para adultos no diferencian según la edad más allá de la infancia y la niñez. Esta omisión aumenta el riesgo de fracturas por fatiga en las costillas de las personas mayores debido a la disminución de la densidad ósea y los cambios en la estructura torácica. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo investigar la correlación e impacto de los factores que influyen en las fracturas por fatiga de las costillas para una aplicación más segura de RCP manual extrahospitalaria. Utilizando el método de análisis de elementos finitos (AEF), realizamos un análisis de fatiga en modelos de caja torácica que incorporaban condiciones de compresión en el pecho y propiedades óseas trabeculares específicas de la edad. Se llevaron a cabo análisis de vida útil de fatiga en tres modelos de caja torácica específicos de la edad, cada uno diferenciado por propiedades óseas trabeculares, para determinar la influencia de cuatro variables explicativas (las propiedades del hueso trabecular (un sustituto de la edad del sujeto), el sitio de aplicación de la fuerza de compresión en el esternón, la magnitud de la fuerza de compresión aplicada y la velocidad de aplicación de la fuerza de compresión) en la vida útil de fatiga del modelo. Además, considerando la compleja interacción de las condiciones de compresión en el pecho durante la RCP real, nuestro objetivo fue predecir fracturas por fatiga de las costillas bajo condiciones que simulan escenarios de la vida real mediante el análisis de la sensibilidad y la interrelación de las condiciones de compresión en el pecho en la vida útil de fatiga del modelo. Las limitaciones de tiempo llevaron a la selección de condiciones de análisis óptimas a través del uso de diseño de experimentos (DOE), específicamente pruebas de arreglo ortogonal, seguido por la construcción de un metamodelo basado en aprendizaje profundo. Los valores de vida útil de fatiga del modelo de caja torácica predichos por el metamodelo mostraron la influencia de las cuatro variables explicativas en la vida útil de fatiga. Estos resultados pueden ser utilizados para diseñar pautas de RCP más seguras, especialmente para las personas mayores con alto riesgo de paro cardíaco agudo, protegiéndose contra posibles complicaciones como las fracturas por fatiga.