Simulación del comportamiento de catéteres guía existentes basados en estudios de imagen cardíaca

Abstract

[ES] En la actualidad, las enfermedades cardiovasculares representan la principal causa de muerte en el mundo, con un promedio de 17.9 millones de muertes al año según la Organización Mundial de la Salud (OMS). En concreto, las patologías relacionadas con las arterias coronarias se encuentran en la tercera posición. Una de las alternativas planteadas en el tratamiento de dichas patologías es la intervención coronaria percutánea (ICP), que busca una revascularización de las ramas arteriales. En los últimos años, el acceso transradial ha cobrado importancia en las intervenciones percutáneas coronarias debido al menor riesgo de complicaciones hemorrágicas y otras ventajas que presentan respecto al acceso transfemoral. Sin embargo, es posible observar que la elección del catéter guía puede suponer un reto en el intervencionismo coronario. Hoy en día, esta decisión tiene una base fundamentalmente cualitativa, ya que se basa únicamente en angiografía y en una elección subjetiva del operador. En algunas ocasiones, esta estrategia puede conllevar un aumento en el riesgo de complicaciones o de la dificultad del procedimiento por un escaso soporte. El desarrollo de los programas de simulación computacional podría constituir una alternativa no invasiva que limite la aparición de complicaciones derivadas de una optimización en la elección del catéter mediante el empleo de modelos 3D adaptados a la anatomía de los pacientes. El objetivo principal de este trabajo es simular el ajuste anatómico y comportamiento de diferentes curvas de catéteres guía existentes basándose en estudios de imagen cardíaca. Particularmente, se pretende proporcionar una base para la selección óptima del catéter en una aproximación transradial en intervenciones coronarias percutáneas, visualizando su comportamiento en la zona próxima a la entrada de la arteria coronaria. Para ello, se ha empleado el software SOLIDWORKS 2019®, un programa CAD (Computer-Aided Design o de diseño asistido por ordenador), con el que se han diseñado los catéteres con diversos tamaños de curva y dimensiones. De este modo, utilizando la reconstrucción 3D de la aorta de un paciente y las medidas realizadas sobre catéteres (en particular, catéteres con curvas Judkins) se han conseguido modelos 3D de dichos dispositivos. Con este fin, los modelos realizados han reproducido la morfología de los catéteres introducidos desde la arteria radial derecha en intervenciones sobre la arteria coronaria izquierda. Posteriormente, mediante el programa de elementos finitos LS-DYNA® se ha simulado el comportamiento de los catéteres sobre los modelos de la aorta. Con el análisis de elementos finitos (AEF) se han estudiado las fuerzas y deformaciones presentes en el movimiento del extremo distal del dispositivo, así como su posición. En esta parte, cabe destacar que se han definido los mismos parámetros de simulación para todos los modelos de catéteres diseñados. Una vez se hubo realizado la simulación, se procedió al análisis y comparación de los resultados de catéteres de distintas dimensiones y tamaños de curva. De esta manera, a partir de las variables registradas, ha sido posible determinar el efecto que supondría el cambio de las propiedades geométricas de los catéteres y, finalmente, seleccionar las dimensiones óptimas para un determinado paciente.

[CA] En l'actualitat, les malalties cardiovasculars representen la principal causa de mort en el món, amb una mitjana de 17.9 milions de morts a l'any segons l'Organització Mundial de la Salut (OMS). En concret, les patologies relacionades amb les artèries coronàries es troben en la tercera posició. Una de les alternatives plantejades en el tractament d'aquestes patologies és la intervenció coronària percutània (ICP), que busca una revascularització de les branques arterials. En els últims anys, l'accés transradial ha cobrat importància en les intervencions percutànies coronàries a causa del menor risc de complicacions hemorràgiques i altres avantatges que presenten respecte a l'accés transfemoral. No obstant això, és possible observar que l'elecció del catèter guia pot suposar un repte en l'intervencionisme coronari. Hui dia, aquesta decisió té una base fonamentalment qualitativa, ja que es basa únicament en angiografia i en una elecció subjectiva de l'operador. En algunes ocasions, aquesta estratègia pot comportar un augment en el risc de complicacions o de la dificultat del procediment per un escàs suport. El desenvolupament dels programes de simulació computacional podria constituir una alternativa no invasiva que limita l'aparició de complicacions derivades d'una optimització en l'elecció del catèter mitjançant l'ús de models 3D adaptats a l'anatomia dels pacients. L'objectiu principal d'aquest treball és simular l'ajust anatòmic i comportament de diferents corbes de catèters guia existents basant-se en estudis d'imatge cardíaca. Particularment, es pretén proporcionar una base per a la selecció òptima del catèter en una aproximació transradial en intervencions coronàries percutànies, visualitzant el seu comportament en la zona pròxima a l'entrada de l'artèria coronària Per a això, s'ha emprat el programa SOLIDWORKS 2019®, un programa CAD (Computer-Aided Design o de disseny assistit per ordinador), amb el qual s’han dissenyat els catèters amb diverses grandàries de corba i dimensions. D'aquesta manera, utilitzant la reconstrucció de l'aorta d’un pacient i les mesures realitzades sobre catèters (en particular, catèters amb corbes Judkins) s’han aconseguit models 3D d'aquests dispositius. Amb aquesta finalitat, els models realitzats ha reproduït la morfologia dels catèters introduïts des de l'artèria radial dreta en intervencions sobre l'artèria coronària esquerra. Posteriorment, mitjançant el programa d'elements finits LS-DYNA® s’ha simulat el comportament dels catèters sobre els models de l'aorta. Amb l'anàlisi d'elements finits (AEF) s’han estudiat les forces i deformacions presents en el moviment de l'extrem distal del dispositiu, així com la seua posició. En aquesta part, cal destacar que s’han definit els mateixos paràmetres de simulació per a tots els models de catèters dissenyats. Una vegada es va realitzar la simulació, es va procedir a l'anàlisi i comparació dels resultats de catèters de diferents dimensions i grandàries de corba. D'aquesta manera, a partir de les variables registrades, ha sigut possible determinar l'efecte que suposaria el canvi de les propietats geomètriques dels catèters i, finalment, seleccionar les dimensions òptimes per a un determinat pacient.

[EN] Nowadays, cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide, averaging 17.9 million deaths per year, according to the World Health Organization (WHO). In particular, pathologies related to the coronary arteries are in the third position. One of the alternatives proposed in treating these pathologies is percutaneous coronary intervention (PCI), which aims to revascularize arterial branches. In recent years, transradial access has gained importance in percutaneous coronary interventions due to the lower risk of bleeding complications and other advantages over transfemoral access. However, the choice of guiding catheter can be a challenge in coronary intervention. Today, this decision is mainly qualitative, and it is based on angiography alone and the subjective choice of the operator. In some cases, this strategy can lead to an increased risk of complications or increased procedure difficulty due to poor support. The development of computer simulation software could constitute a non-invasive alternative that may limit complications arising from an optimization of the choice of the catheter by using 3D models adapted to the anatomy of the patients. The main objective of this work is to simulate the anatomical fit and behavior of different curves of existing guiding catheters based on cardiac imaging studies. It is specifically intended to provide a basis for optimal catheter selection in a transradial approach in percutaneous coronary interventions, visualizing its behavior in the area close to the coronary artery entrance. For this purpose, the software SOLIDWORKS 2019®, a CAD (Computer-Aided Design) program, has been used to design catheters with various curve sizes and dimensions. This process aims to produce 3D models of these devices using the 3D reconstruction of the aortas of a patient and measurements taken on catheters (in particular, Judkins catheters). To this end, the models reproduced the morphology of catheters in cardiac catheterization via the right radial artery in interventions on the left coronary artery. Subsequently, the behavior of the catheters on the aortic models has been simulated using the LS-DYNA® finite element program. The finite element analysis (FEA) has been used to study the forces and deformations present in the movement of the distal end of the device and its position. In this part, it should be noted that the same simulation parameters have been defined for all catheter models which have been designed. Once the simulation had been carried out, the results of catheters of different dimensions and curve sizes were analyzed and compared. In this way, based on the variables recorded, it was possible to determine the effect of changing the geometric properties of the catheters and, finally, select the optimal dimensions for a given patient.