Un ingeniero y un físico del Instituto Balseiro junto a colegas de su grupo de investigación están trabajando con un equipo médico del Hospital Garrahan en el desarrollo de un sistema para planificar cirugías complejas con imágenes 3D. En esta nota, comparten detalles sobre esta colaboración.
Fecha de publicación: 08/07/2022
La medicina y la física tienen mucho que ver, aunque no lo parezca a simple vista. Y cuando estas dos áreas del conocimiento humano confluyen en un mismo proyecto, pueden surgir propuestas muy interesantes. Este es el caso de un sistema para planificar cirugías complejas a través del uso de imágenes 3D y la dinámica computacional de fluidos, implementado en Argentina por un equipo interdisciplinario conformado por profesionales del Hospital Garrahan, del Instituto Balseiro y del Centro Atómico Bariloche.
Se trata de una metodología -en constante desarrollo- que se utiliza en hospitales pediátricos de primer nivel, como es el caso del Hospital de Niños de Boston. El Dr. Ignacio Berra, cirujano cardiovascular del Garrahan, presenció la aplicación de esta técnica en la citada institución norteamericana. Después de su estadía en los Estados Unidos, Berra trajo la idea a nuestro país para implementarla y mejorarla.
Para ello, contó con la colaboración de docentes del Instituto Balseiro: en esta nota cuentan los detalles, el ingeniero nuclear Enzo Alberto Dari y el físico René Cejas Bolecek, del Departamento de Mecánica Computacional (MECOM) del Centro Atómico Bariloche (CAB). En el proyecto, también participan otros tres integrantes del mismo grupo: Mauro Fermín, William Machaca y Mariano Cantero.
La citada técnica permite simular las características fisiológicas y el comportamiento del flujo sanguíneo de los pacientes antes de llevar a cabo una cirugía cardíaca. “Hemos comenzado una colaboración con el grupo del Dr. Berra y el Departamento de Mecánica Computacional hace poco menos de dos años, y la misma ya está dando resultados sumamente alentadores”, comentó Dari, que se desempeña como Jefe de MECOM. Hasta ahora, la metodología desarrollada permitió asistir en la planificación pre-quirúrgica de cinco pacientes cuyas cirugías fueron realizadas con éxito.
La metodología en detalle
El Hospital Garrahan de Buenos Aires es una institución especializada en Pediatría de Alta Complejidad. Allí se asisten a niños, niñas y adolescentes de acuerdo a sus necesidades de salud. Algunos procedimientos son muy complejos y requieren de un abordaje multidisciplinario.
Ignacio Berra trabaja en cirugías cardiovasculares pediátricas y trasplantes cardíacos, pulmonares y renales. Para tratar a pacientes con ciertas condiciones cardiovasculares, Berra implementó la técnica que observó en el Hospital de Niños de Boston para evaluar distintas opciones quirúrgicas antes de realizar una operación.
En un coloquio realizado en el Instituto Balseiro, Berra enumeró los distintos pasos que constituyen el procedimiento. En primer lugar, se le realiza al paciente una tomografía o resonancia, a partir de la cual se obtienen imágenes en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Luego se realiza una reconstrucción en 3D de la fisiología del paciente, y así se obtiene un modelo tridimensional de la anatomía del paciente.
“Acá empezamos con el Balseiro y la gente del Hospital a pensar de otra forma, y empezamos a reconstruir modelos en tres dimensiones para ver exactamente la geometría del paciente. Esto personaliza el tratamiento”, dijo Berra. El contacto inicial lo hizo con el director del Instituto, Mariano Cantero, quien inmediatamente contactó a sus colegas de MECOM y del Balseiro. Además, el médico cirujano afirmó que esta técnica permite aproximar las condiciones fisiológicas del paciente “mucho antes de la operación, tomando un mate o un café, y así tu cabeza empieza a asimilar esa geometría”. La charla completa de Ignacio Berra en el Balseiro se puede ver en este link.
De Bariloche a Buenos Aires
El ingeniero Enzo Dari y el físico René Cejas son egresados y docentes del Instituto Balseiro e investigadores en el Departamento de Mecánica Computacional del CAB. Durante la pandemia de COVID-19, colaboraron a través de la virtualidad con el equipo de Berra para desarrollar la técnica de planificación de cirugías complejas a partir de modelos en 3D de la fisiología de los pacientes.
¿En qué consistió esta colaboración? Enzo Dari comentó que el aporte de su equipo al proyecto impulsado por el equipo del Garrahan consistió en la realización de cálculos de fluidodinámica computacional a partir de la combinación de los datos fisiológicos del paciente. “Estos cálculos permiten representar el comportamiento hemodinámico en las distintas opciones quirúrgicas que se están evaluando”, dijo el ingeniero e investigador de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)
“A partir de estos resultados de simulación se realizan cálculos del porcentaje de distribución de flujo hepático y de la pérdida de energía que se emplean como información complementaria en la planificación prequirúrgica”, detalló René Cejas, Doctor en Física e investigador de la CNEA en MECOM.
Al ser consultado por su experiencia en la simulación del sistema cardiovascular, Dari manifestó haber participado en procedimientos de este tipo. Por su parte, Cejas afirmó que en MECOM se viene trabajando desde hace años en el área de procesamiento de imágenes médicas y desarrollo de software de visualización 3D, lo que les permitió “integrar estos desarrollos con conocimientos de simulaciones computacionales para aplicarlos en la simulación virtual del sistema cardiovascular”.
Dificultades y desafíos
Cuando se encara un proyecto de estas características, se suelen presentar numerosos desafíos. Según Dari y Cejas, algunos de los mismos son: la aplicación a pacientes concretos, la interpretación de las imágenes para traducir a un modelo físico–matemático y la validación de los resultados obtenidos, entre otros. Además, comentaron que su colaboración consiste en la simulación numérica de distintas alternativas para realizar una intervención.
Respecto de la fiabilidad de las simulaciones, los científicos afirmaron que, aún si la herramienta numérica no está del todo “calibrada” o validada, los resultados que ésta arroje pueden brindar información comparativa. “La calibración o validación del proceso de modelado computacional en casos reales es muy difícil y es un tema actual de investigación”, señaló Cejas.
Además, el físico comentó algunas dificultades que se presentan en esta etapa, las cuales tienen que ver con la complejidad del comportamiento fisiológico del cuerpo humano y la especificidad de cada paciente y cada cirugía. Ante la falta de datos precisos para un caso particular, se puede utilizar la información de manera comparativa para descartar ciertas opciones quirúrgicas.
Balance y estado del proyecto
Ante la consulta de qué balance realizan sobre esta colaboración, René Cejas reflexionó: “Lo valioso del proyecto es la colaboración del ámbito científico con el sector de la salud pública abordando una problemática real. En nuestro caso fue fundamental la generosidad del Dr. Berra y de su equipo en brindarnos el espacio para poder participar y tratar de entender algunas de las problemáticas que ellos enfrentan a diario en el hospital. A partir de esto, cada uno aporta desde su especialidad diferentes saberes y formas de abordar el problema”, aseguró el Licenciado en Física por la Universidad Nacional de San Luis (2007) y Doctor en Física por el Instituto Balseiro (2015).
Respecto del estado actual del proyecto, Enzo Dari afirmó: “En esta etapa de la colaboración, todavía es necesaria la participación experta para la preparación, ejecución y análisis de las simulaciones. Una vez mejor ajustadas la cadena de herramientas a utilizar, se pueden estandarizar procedimientos, automatizarlos y pensar en la generación de software que sea transferible al ámbito médico, sin requerir una extensa capacitación para su uso”, concluyó el ingeniero nuclear egresado de las carreras de Ingeniería Nuclear (1989) y Doctorado en Ingeniería Nuclear (1994).
Proyectos como éste remarcan la importancia del trabajo conjunto entre distintas áreas del conocimiento y, sobre todo, entre diversos sectores, como lo son la ciencia y la salud pública para realizar un aporte concreto a nuestra sociedad.
Por Renzo Cuello Naranjo / Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro
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Por Renzo Cuello Naranjo
Edición: Laura García Oviedo
Área de Comunicación Institucional y Prensa
Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, 08/07/2022
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