I medici e gli ingegneri in comune le risorse per prevenire l'ictus

Aprile 27, 2016 Admin Salute 0 2
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Un professore presso l'Università di Houston e dei suoi allievi di ricerca stanno lavorando con i medici e gli scienziati presso l'Istituto Neurologico metodista sulla nuova tecnologia per aiutare a identificare quali aneurismi cerebrali sono a più alto rischio di rottura e potrebbe causare un ictus.

Migliorare trattamento di aneurismi cerebrali, che sono ballooning punti deboli nella parete di un vaso sanguigno nel cervello, è al centro di questa ricerca congiunta. L'obiettivo del loro studio è quello di sviluppare uno strumento medico di calcolo completamente integrata che sarà utile per aiutare a selezionare i pazienti per il trattamento cui aneurismi sono più probabilità di rottura.

Ralph Metcalfe, un professore di ingegneria meccanica presso UH e vice direttore del programma di ingegneria biomedica UH e il suo studente laureato, Aishwarya Mantha, lavoro su questo progetto con un team composto da metodista Drs. Charles Strother e Goetz Benndorf, neuroradiologi interventisti, e Christof Karmonik, ricercatore presso il Methodist Hospital Research Institute.




Utilizzando simulazioni al computer di flusso di sangue in modelli geometrici realistici di aneurismi, alcune caratteristiche del flusso di sangue sono state identificate che possono contribuire alla formazione di aneurismi. Questi risultati sono descritti in un documento intitolato "Hemodynamics in un'arteria cerebrale prima e dopo la formazione di un aneurisma," che appare nel numero di maggio della American Journal of Neuroradiologia, una rivista scientifica che pubblica articoli originali che trattano di imaging clinico, endovascolare terapia e scienza di base del sistema nervoso centrale e periferico.

"Secondo l'American Association of Neurological Surgeons, aneurismi cerebrali colpiscono fino al sei per cento della popolazione adulta degli Stati Uniti", ha detto Metcalfe. "La maggior parte degli aneurismi non rottura, ma se lo fanno, i risultati sono fatali in circa il 50 per cento dei casi. La domanda è: come prevedere chi è più a rischio."

Poiché il trattamento degli aneurismi è associata a qualche rischio, il gruppo di Metcalfe ei suoi colleghi metodisti stanno cercando di sviluppare un metodo migliore per identificare quali aneurismi sono più vulnerabili per la rottura. Una volta che questi pazienti sono identificati, i medici possono quindi determinare il miglior corso di trattamento medico, utilizzando le tecnologie esistenti e le migliori pratiche mediche.

"Uno dei punti chiave è che aneurismi non sembrano formare a caso", ha detto Metcalfe. "Essi sembrano formare in posizioni che sono associati con le fluttuazioni nel flusso di sangue, che porta alla domanda di ciò che è circa il flusso di sangue che tende a correlare con la formazione di aneurismi."

I ricercatori metodisti acquisire immagini 3-D del sistema vascolare intracranica iniettando colorante nei vasi e ruotare un tubo a raggi X intorno alla testa del paziente, una tecnica che è diventato uno standard per l'alta qualità imaging vascolare in questa istituzione.

Utilizzando questo geometriche e del flusso sanguigno dati provenienti da profilo clinico del paziente specifico, il team di Metcalfe può eseguire simulazioni nei computer di flusso di sangue nelle arterie che del paziente utilizzando computazionale programmi di fluidodinamica esistenti in nuove applicazioni. Questo è simile al modo in cui un ingegnere aeronautico sarebbe studiare la progettazione di un aereo su un computer o in una galleria del vento. Strother ei suoi colleghi metodista prevedono che questo processo aiuterà i ricercatori a capire meglio come aneurismi forma e, infine, scoprire modi per prevenire ictus e morte di questo disturbo comune.

"Non possiamo guardare una persona e dire la probabilità che un aneurisma si romperà", ha detto Strother. "Ma sappiamo che la forza e sollecitazioni create dal flusso sanguigno produce aneurismi. La nostra speranza è che questo studio aiuterà a imparare abbastanza per prevedere quali sono ad alto rischio di rottura in modo che il trattamento può essere offerto prima che diventino pericolosi."

Questo lavoro ha due potenziali applicazioni. Il primo è uno strumento di ricerca, con la squadra di Metcalfe effettuare simulazioni di aneurismi specifici. Utilizzando una tecnica impiegata dal Karmonik per simulare la rimozione di un aneurisma nel computer, essi analizzare come il sangue si comporta come fluisce vicino al sito dell'aneurisma e determinare se questo può essere correlato ad un certo tipo di comportamento del sangue a potenziali siti dove aneurismi forma. Simulazioni molto accurate sono fatte per una descrizione completa dei campi di flusso, studiando tutte le variabili fluidodinamiche in grande dettaglio, come le sollecitazioni parete di taglio, le pressioni e velocità.

"La seconda applicazione è come un potenziale strumento clinico", ha detto Metcalfe. "Una volta che abbiamo una ragionevole idea delle variabili dinamiche dei fluidi necessari per studiare e identificare un potenziale problema, abbiamo quindi utilizzare un programma che fornisce una dettagliata descrizione 3-D degli aneurismi dei pazienti reali."

Benndorf aggiunge che il potenziale importanza clinica di queste simulazioni al computer risiede nel futuro possibilità di prevedere direttamente specifico paziente il flusso di sangue in modo che i dispositivi medici specifici del paziente possono essere utilizzati nel trattamento dell'aneurisma. Si sta studiando come stent - piccoli tubi di rete metallica che vengono inseriti nell'arteria per facilitare l'occlusione di un aneurisma con piccole bobine platino - possono essere personalizzati per il flusso di sangue e anatomia individuale del paziente al fine di ottimizzare il loro effetto terapeutico e massimizzare la possibilità di un esito positivo.

Quando il gruppo di Metcalfe importa immagini di un paziente in un programma per computer, rimuovono alcuni difetti geometrici e generano una maglia di calcolo che prevede la mappatura di centinaia di migliaia di piccoli elementi che rappresentano l'area oggetto di studio. Tale maglia viene poi introdotto in un programma che effettivamente risolve le equazioni fluidodinamiche del moto.

"Ci vuole un sacco di tempo al computer per eseguire queste simulazioni," ha detto Metcalfe. "Ci sono centinaia di migliaia di elementi che sono zone distinte all'interno di una maglia geometrica, e poi ci sono 700 gradini che rappresentano intervalli di tempo nel corso del ciclo di ogni battito cardiaco."

Che richiedono computer estremamente veloci, il gruppo utilizza il cluster Beowolf a Texas Learning di UH and Computation Center (TLC2) per migliorare significativamente le visualizzazioni create dalle simulazioni.

"Il passo fondamentale è quello di rendere questi flussi complessi molto più accessibile a persone come i ricercatori medici e medici", ha detto Metcalfe. "Stiamo sviluppando 3-D visualizzazioni modo i medici possono andare dentro l'arteria virtuale e realmente vedere ciò che sta accadendo, come le cellule del sangue scorrono attraverso."

Halliburton Company sostiene questo progetto congiunto finanziando l'analisi di ricerca dei risultati dello studio, che hanno il potenziale di impatto sostanziale in neurologia e della scienza medica.

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