Un bucle de circulación simulado para caracterizar la hemodinámica in vitro en arterias sistémicas humanas con estenosis
Autores: Hong, Weichen; Yu, Huidan; Chen, Jun; Talamantes, John; Rollins, Dave M.; Fang, Xin; Long, Jianyun; Xu, Chenke; Sawchuk, Alan P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un bucle de circulación simulado para caracterizar la hemodinámica in vitro en arterias sistémicas humanas con estenosis
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfermedad vascular
Estenosis arterial
Hemodinámica
Revascularización
Presión arterial
Lumen arterial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La enfermedad vascular es la principal causa de morbilidad y mortalidad y una de las principales causas de discapacidad para los estadounidenses, y la estenosis arterial es su forma más común en las arterias sistémicas. La caracterización hemodinámica en un sistema arterial estenosado juega un papel crucial en el diagnóstico de la gravedad de la lesión y en el proceso de toma de decisiones para la revascularización, pero no está fácilmente disponible en las mediciones clínicas actuales. La técnica emergente de hemodinámica computacional basada en imágenes (ICHD) ofrece un gran potencial para caracterizar la hemodinámica con finas resoluciones temporoespaciales en vasos humanos realistas, pero los datos médicos son bastante limitados para los requisitos de validación. Presentamos una técnica de hemodinámica experimental basada en imágenes (IEHD) a través de un circuito de circulación simulado (MCL) para cerrar esta brecha crítica. El MCL imita la circulación sanguínea en sistemas arteriales sistémicos humanos estenosados que pueden ser arterias de silicona impresas en 3D, artificiales o cadavéricas y, por lo tanto, permite la medición in vitro de la hemodinámica. En este trabajo, nos enfocamos en el desarrollo y validación del MCL para la medición in vitro de la presión arterial en arterias de silicona estenosadas extraídas anatómicamente de datos de imágenes médicas. Se estudiaron cinco casos de pacientes renales y seis casos de pacientes iliacos. Los datos de presión de IEHD se compararon con los de ICHD y las mediciones médicas. Los buenos acuerdos demuestran la fiabilidad de IEHD. También realizamos dos estudios paramétricos para demostrar la aplicabilidad médica de IEHD. Uno fue la respuesta cardiovascular a los parámetros del MCL. Encontramos que la presión arterial tiene una correlación lineal con el volumen sistólico y la frecuencia cardíaca. Otro fue el efecto de la estenosis arterial, caracterizada por la reducción volumétrica (VR) del lumen arterial, sobre el gradiente de presión transestenótico (TSPG). Variamos paramétricamente el grado de estenosis y medimos el TSPG correspondiente. La curva TSPG-VR proporciona un VR crítico que puede usarse para evaluar la verdadera gravedad hemodinámica de la estenosis. Mientras tanto, el TSPG en VR = 0 puede predecir la posible mejora de presión después de la revascularización. A diferencia de la mayoría de los MCL existentes que se utilizan principalmente para probar dispositivos médicos relacionados con la función cardíaca, este MCL es único en su enfoque específico en la medición de presión en arterias sistémicas humanas estenosadas. Mientras tanto, la rigurosa caracterización hemodinámica a través de IEHD e ICHD concurrentes mejorará significativamente nuestra comprensión actual de la fisiopatología de la estenosis y contribuirá a los avances en el tratamiento médico de la estenosis arterial.
Descripción
La enfermedad vascular es la principal causa de morbilidad y mortalidad y una de las principales causas de discapacidad para los estadounidenses, y la estenosis arterial es su forma más común en las arterias sistémicas. La caracterización hemodinámica en un sistema arterial estenosado juega un papel crucial en el diagnóstico de la gravedad de la lesión y en el proceso de toma de decisiones para la revascularización, pero no está fácilmente disponible en las mediciones clínicas actuales. La técnica emergente de hemodinámica computacional basada en imágenes (ICHD) ofrece un gran potencial para caracterizar la hemodinámica con finas resoluciones temporoespaciales en vasos humanos realistas, pero los datos médicos son bastante limitados para los requisitos de validación. Presentamos una técnica de hemodinámica experimental basada en imágenes (IEHD) a través de un circuito de circulación simulado (MCL) para cerrar esta brecha crítica. El MCL imita la circulación sanguínea en sistemas arteriales sistémicos humanos estenosados que pueden ser arterias de silicona impresas en 3D, artificiales o cadavéricas y, por lo tanto, permite la medición in vitro de la hemodinámica. En este trabajo, nos enfocamos en el desarrollo y validación del MCL para la medición in vitro de la presión arterial en arterias de silicona estenosadas extraídas anatómicamente de datos de imágenes médicas. Se estudiaron cinco casos de pacientes renales y seis casos de pacientes iliacos. Los datos de presión de IEHD se compararon con los de ICHD y las mediciones médicas. Los buenos acuerdos demuestran la fiabilidad de IEHD. También realizamos dos estudios paramétricos para demostrar la aplicabilidad médica de IEHD. Uno fue la respuesta cardiovascular a los parámetros del MCL. Encontramos que la presión arterial tiene una correlación lineal con el volumen sistólico y la frecuencia cardíaca. Otro fue el efecto de la estenosis arterial, caracterizada por la reducción volumétrica (VR) del lumen arterial, sobre el gradiente de presión transestenótico (TSPG). Variamos paramétricamente el grado de estenosis y medimos el TSPG correspondiente. La curva TSPG-VR proporciona un VR crítico que puede usarse para evaluar la verdadera gravedad hemodinámica de la estenosis. Mientras tanto, el TSPG en VR = 0 puede predecir la posible mejora de presión después de la revascularización. A diferencia de la mayoría de los MCL existentes que se utilizan principalmente para probar dispositivos médicos relacionados con la función cardíaca, este MCL es único en su enfoque específico en la medición de presión en arterias sistémicas humanas estenosadas. Mientras tanto, la rigurosa caracterización hemodinámica a través de IEHD e ICHD concurrentes mejorará significativamente nuestra comprensión actual de la fisiopatología de la estenosis y contribuirá a los avances en el tratamiento médico de la estenosis arterial.