Análisis del comportamiento biomecánico del tórax en respuesta a la maniobra RCP

Abstract

[ES] La reanimación cardiopulmonar es una técnica médica de emergencia que combina compresiones torácicas, para comprimir el corazón entre el esternón y la columna vertebral, con ventilaciones para mantener el flujo sanguíneo y la oxigenación, siendo esencial para aumentar la supervivencia en caso de paro cardiaco. La RCP se basa en protocolos estandarizados donde se recalca la necesidad de alcanzar 5cm de profundidad en la compresión, pero la zona donde realizarlas ha sido motivo de controversia. El objetivo del presente trabajo es la elaboración de un modelo biomecánico simplificado de la caja torácica que permita analizar la efectividad de cinco ubicaciones propuestas para la realización de la RCP. Para el análisis de estas regiones, se empleará el método de elementos finitos. Para el cumplimiento de los objetivos, se emplea el software 3DSlicer para realizar la segmentación del tórax a partir de imágenes de tomografía computarizada. Posteriormente, se realizará el mallado de la geometría mediante el uso de Matlab y se mapearán las propiedades elásticas gracias al programa Bonemat basándose en el nivel de gris de las imágenes médicas. Finalmente, se hace uso del programa ANSYS Student para la aplicación de las cargas de compresión simulando las realizadas en la RCP para diferentes niveles de fuerza en cada ubicación planteada. Mediante la extracción de parámetros biomecánicos de interés se analizarán las cinco regiones proponiendo una alternativa, si es necesario, a la ubicación actua

[EN] Cardiopulmonary resuscitation is an emergency medical technique that combines chest compressions, to compress the heart between the sternum and the spine, with ventilations to maintain blood flow and oxygenation, being essential to increase survival in case of cardiac arrest. CPR is based on standardized protocols where the need to reach a 5cm compression depth is emphasized, but the area where to perform it has been controversial. The objective of this work is the elaboration of a simplified biomechanical model of the rib cage that allows the analysis of effectiveness of five proposed locations for the performance of CPR. For the analysis of these regions, the finite element method will be used. To meet the objectives, the 3DSlicer software is used to perform the segmentation of the thorax from computed tomography images. Subsequently, the geometry meshing will be carried out using Matlab, and the elastic properties will be mapped thanks to the Bonemat program, which is based on the gray level of the medical images. Finally, ANSYS Student is used to apply compression loads simulating those carried out during CPR for different levels of force in each proposed location. By extracting biomechanical parameters of interest, the five regions will be analyzed proposing an alternative, if necessary to the current location.

[CAT] La reanimació cardiopulmonar és una tècnica mèdica d'emergència que combina compressions toràciques, per comprimir el cor entre l'estern i la columna vertebral, amb ventilacions per mantenir el flux sanguini i l'oxigenació, i és essencial per augmentar la supervivència en cas d'atur cardíac. La RCP es basa en protocols estandarditzats on es recalca la necessitat d'assolir 5cm de profunditat en la compressió, però la zona on fer-les ha estat motiu de controvèrsia. L'objectiu del present treball és elaborar un model biomecànic simplificat de la caixa toràcica que permeti analitzar l'efectivitat de cinc ubicacions proposades per a la realització de la RCP. Per a l'anàlisi d'aquestes regions, es fa servir el mètode d'elements finits. Per al compliment dels objectius, es fa servir el programari 3DSlicer per fer la segmentació del tòrax a partir d'imatges de tomografia computaritzada. Posteriorment, es realitzarà el mallat de la geometria mitjançant l'ús de Matlab i es mapejaran les propietats elàstiques gràcies al programa Bonemat basant-se en el nivell de gris de les imatges mèdiques. Finalment, es fa ús del programa ANSYS Student per a l'aplicació de les càrregues de compressió simulant les realitzades a la RCP per a diferents nivells de força a cada ubicació plantejada. Mitjançant l'extracció de paràmetres biomecànics d'interès s'analitzaran les cinc regions proposant una alternativa, si cal, a la ubicació actual.