Inédita investigación que une a ingenieros y matemáticos busca predecir daño pulmonar - El Mostrador

Sábado, 21 de octubre de 2017 Actualizado a las 16:37

Se trata de modelos matemáticos que podrán ayudar a comprender mejor ciertos procesos patológicos

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Inédita investigación que une a ingenieros y matemáticos busca predecir daño pulmonar

por 5 octubre, 2017

Inédita investigación que une a ingenieros y matemáticos busca predecir daño pulmonar
Ingenieros, médicos y matemáticos de las Universides de Concepción y Católica están colaborando en un estudio para modelar las lesiones que provocan las terapias de ventilación mecánica.

Un proyecto que aúna los esfuerzos de académicos de la Universidad de Concepción y de la Pontificia Universidad Católica de Chile promete favorecer de forma importante la posibilidad de diagnosticar distintos tipos de enfermedades como, por ejemplo, las pulmonares. Se trata del desarrollo de modelos matemáticos que podrán ayudar a comprender mejor ciertos procesos patológicos que ocurren en los órganos analizados, estableciendo parámetros para una mejor prevención del agravamiento de los pacientes.

Los investigadores que colaboran en esta experiencia multidisciplinaria son Gabriel Gatica, director del Centro de Investigación en Ingeniería Matemática, CI²MA, y académico del Departamento de Ingeniería Matemática (DIM) de la Universidad de Concepción, y Daniel Hurtado, de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), e integrante del Instituto de Ingeniería Biológica y Médica de esa casa de estudios. En la investigación también participa el estudiante del Magister en Ciencias de la Ingeniería de la PUC, Nicolás Barnafi, cuyo trabajo de tesis, precisamente en la temática descrita, es dirigido por Hurtado y Gatica.

El profesor Hurtado explica que “esta colaboración surgió porque Gabriel Gatica fue invitado a la PUC, en el programa de Ingeniería Matemática, a dictar un curso sobre elementos finitos mixtos, que es una de sus principales áreas de investigación, en la que él es un expositor reconocido a nivel internacional. Por mi parte, también había trabajado en elementos finitos, en términos de modelación matemática para abordar algunos problemas en biomecánica, pero me interesó mucho el curso de Gabriel, porque cubría aspectos más teóricos y abstractos que lo que yo siempre he desarrollado”.

Equipo Investigador

Sobre la materia específica del estudio, el académico de la PUC explica que “la registración de imágenes consiste en que a un paciente se le toma una tomografía computarizada, por ejemplo, del tórax, en base a la cual se hacen dos adquisiciones: una con el pulmón en reposo y la otra después de que el paciente inspire y mantenga el aire en el interior. Entonces, lo que hacemos es calcular cuánto se debe ajustar una imagen para llegar a la otra, cuánto se desplazan los tejidos, y de esa manera determinar la deformación regional, entre otros parámetros”.

A su vez, Gatica destaca que “desde el punto de vista matemático, la registración de imágenes se reduce en este caso a la resolución de un problema de elasticidad no lineal, en el cual las incógnitas principales son el esfuerzo que hace el tejido pulmonar para moverse desde una posición a otra, y el vector de desplazamiento propiamente tal. Al respecto, una técnica computacional en la cual llevo trabajando hace dos décadas, conocida como el método de elementos finitos mixtos, es muy apropiada para este tipo de modelos, ya que permite obtener buenas aproximaciones de los valores reales de dichas variables”.

Acerca de las aplicaciones que tendrán los resultados de la investigación, Hurtado destaca que “hemos estado usando la registración de imágenes para poder estudiar las deformaciones a nivel regional para poder calcular cuánto se deforman y entender si esa deformación es uniforme. Éste es un tema que hemos trabajado con médicos intensivistas y hemos desarrollado una herramienta basada en elementos finitos para poder calcular estas deformaciones regionales, encontrando resultados muy promisorios. Sin embargo, uno de los problemas que detecté es que, en ciertas zonas del pulmón, donde hay contacto de pleuras, de dos superficies distintas, había deslizamientos que no se podía capturar bien con el método de elementos finitos estándar. Por eso, pensé que la formulación que estaba desarrollando Gabriel, se podía ajustar y ser útil para nosotros”.

Hurtado destaca el desafío que representó interiorizarse en una temática de investigación ajena a la ingeniería, como es la medicina, lo cual pudo desarrollar gracias a la estrecha colaboración con el equipo médico de cuidados intensivos del Hospital Clínico UC Christus, integrado por los doctores Alejandro Bruhn, Jaime Retamal y Guillermo Bugedo. “A partir de las imágenes que los médicos ya tenían, empecé a estudiarlas y entendí que los médicos toman la información visual de ellas. Es evidente en ellas el movimiento que hacen los pulmones en la respiración. También se puede calcular la deformación de los tejidos para correlacionarla con el daño que produce la ventilación mecánica. Efectivamente, con softwares especiales se puede calcular el volumen de los pulmones y la diferencia relativa entre cuando están en inspiración y en expiración. Pero el desafío era definir la deformación local, por zonas particulares del pulmón, que no era posible medirla con los métodos tradicionales. Entonces, este proyecto tenía el objetivo de construir un mapa de deformación local de los pulmones a partir de imágenes de los exámenes que se toman rutinariamente en las unidades de cuidados intensivos”, detalla el investigador.

Dado que ya han logrado modelar el daño que se produce a causa de la terapia de ventilación mecánica y han podido determinar factores y caracterizado este proceso, el paso siguiente para lograr este fin, afirma Hurtado, es ser capaces de predecir estas lesiones. “La pregunta que queda planteada y que es el estudio que queremos comenzar ahora es si en base a las imágenes de un pulmón que se está empezando a someter a ventilación mecánica, calculando las zonas que se deforman más, ¿se puede estimar o predecir cuáles son las zonas que después se van deformar más  o puedo predecir el daño que se va a producir a causa del uso de ventilación mecánica?” plantea Hurtado.

 

 

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