Math dal cuore: Simulazione disegno dello stent e rivestimento

Aprile 11, 2016 Admin Salute 0 8
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"Mi resi conto che potevamo fornire una dinamica e meccanica dei fluidi punto di vista per aiutarli a prendere decisioni in merito, ad esempio, quali innesti stent utilizzati nelle loro procedure," dice.

Gli stent sono tubi di maglia piccoli a base di leghe metalliche che tengono aperti i vasi sanguigni dopo che sono stati ostruiti con la malattia che causa la placca.




Gli stent sono tubi di maglia piccoli a base di leghe metalliche che tengono aperti i vasi sanguigni dopo che sono stati ostruiti con la malattia che causa la placca. Anche se stent sono progettati per essere compatibile con il corpo umano, che talvolta causano reazioni indesiderate, come coaguli di sangue e la formazione di tessuto cicatriziale. Così gli scienziati hanno cercato di stent cappotto con le cellule che fanno i piccoli tubi ancora più compatibile.

Ma questi, troppo, non sono ancora perfetti, dice Canic. Il sangue che scorre su uno stent rivestito può cellule ancora coagulo o strappare. Questo è, come Canic dice, "non va bene."

Un professore di matematica presso l'Università di Houston, Canic rende modelli di computer per guidare la ricerca di una migliore rivestimento di stent. Lei usa anche modelli informatici per studiare i punti di forza e di debolezza delle diverse strutture stent. Supportato da una sovvenzione congiunto dell'Istituto Nazionale di scienze mediche generali, parte del National Institutes of Health, e la National Science Foundation, il suo lavoro potrebbe aiutare i produttori a ottimizzare stent di progettazione e di aiutare i medici a scegliere i giusti stent per i loro pazienti, in ultima analisi, il miglioramento del paziente risultati.

Gli informatici solito modellare stent in tre dimensioni. Tenere traccia di circa 200.000 punti, o nodi, lungo la rete stent, i modelli sono enormi. Insieme a un collaboratore presso l'Università di Zagabria in Croazia, Canic scritto un programma molto più semplice che approssima stent come maglie di barre monodimensionali. E lasciare a raggiungere lo stesso risultato utilizzando solo 400 nodi.

Usando il loro modello semplificato, Canic e il suo collaboratore hanno esaminato i disegni di diversi stent sul mercato per vedere quali strutture sembrano essere migliore per i vasi sanguigni o procedure specifiche. Ad esempio, hanno scoperto che gli stent con una "struttura aperta" - dove ogni altra asta orizzontale è preso - piegano facilmente, che li rende bene di mettere in arterie coronarie curve.

Canic ha utilizzato anche il modello per la progettazione di uno stent con proprietà meccaniche, studiati appositamente per una procedura di sostituzione della valvola cardiaca sperimentale. Ha trovato che questo stent specializzata funziona meglio per la procedura quando è rigida nel mezzo rigido e meno alle estremità.

E ha trovato che la combinazione di bendiness con rigidità radiale - dove si può piegare lo stent a forma di U, ma non si può spremere il tubo di chiusura - produce uno stent con meno possibilità di deformazione rispetto a quelli che sono attualmente in uso.

La parte più gratificante del suo lavoro, dice Canic, è che "siamo in grado di utilizzare la matematica per qualcosa di utile, collegata a problemi del mondo reale." Riferisce che i suoi collaboratori stanno già mettendo i risultati delle sue simulazioni in pratica.

La sua sfida più grande, nel frattempo, sta servendo come ambasciatore della matematica alle comunità medica e bioingegneria.

All'inizio, dice, è stato difficile collaborare con persone di diverse discipline che parlano lingue diverse scientifici. "Ma una volta hanno visto che c'è un sacco di informazioni là che potrebbe essere utile, è stato molto più semplice," dice. "Ora la gente vuole parlare con noi dal centro medico. Vengono da noi e fare domande, e questo è un bene."

Oggi, Canic sta aiutando una squadra allo studio del Texas Heart Institute una fonte insolita per il rivestimento dello stent: cartilagine dell'orecchio. Il team ritiene questo tessuto facile da raccolta renderà stent più biocompatibili, anche se non sanno ancora come si sviluppano le cellule della cartilagine dell'orecchio o si comportano in ambienti come i vasi sanguigni umani.

Così Canic sta usando il suo programmi informatici per simulare il sangue interagisce con le cellule della cartilagine-stent rivestimento e come le cellule bastone (o non) per la superficie dello stent. Si inserisce in diversi spessori fluidi e le forze di taglio di sangue che scorre sopra lo stent per vedere quello che potrebbe incoraggiare la cartilagine stent ricoperti di fresco per stabilizzare rapidamente. I modelli hanno aiutato i suoi collaboratori a casa le migliori condizioni per testare in esperimenti di follow-up, alla ricerca di modi per stent pre-trattare prima che i medici li impiantano.

Canic vuole mantenere la collaborazione con la comunità medica come si muove in avanti con la sua ricerca. Ha in programma di guardare stent biodegradabili, così come simulare la fluidodinamica di rigurgitare valvole mitrale (dove alcuni sangue scorre a ritroso nel cuore di pompaggio) per aiutare i medici a diagnosticare in modo più accurato la condizione utilizzando gli ultrasuoni.

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