Modelado de trombectomía por aspiración en vasos sanguíneos de pequeño diámetro : aplicación a la mejora de la geometría del catéter y de las condiciones de la intervención

Las enfermedades del sistema circulatorio suponen una partida considerable en los sistemas de salud y presupuestos estatales. De hecho, en los últimos años más de dos millones de personas al año fallecen por enfermedades cardiovasculares en la Unión Europea (EU-28) lo que supone más del 37% de todas las muertes. Dentro de estas enfermedades, el tromboembolismo (obstrucción total o parcial de un vaso sanguíneo) cobra especial importancia, existiendo diversos tratamientos para la extracción o eliminación del trombo. En el caso particular del tromboembolismo cerebral, en concreto en el denominado Polígono de Willis, la intervención quirúrgica con medios mecánicos ha demostrado ser efectiva en pacientes, si bien, la técnica usada en la extracción del trombo está en constante evolución. Debido al pequeño tamaño de las arterias cerebrales, así como a los pequeños radios de curvatura, las soluciones que se aplican con éxito en otros vasos sanguíneos de mayor diámetro no son utilizables en este caso debido a la existencia de piezas rígidas o mecanismos móviles que pueden causar daño potencial en las arterias durante la maniobra, además de la dificultad existente en el guiado. En este aspecto, la trombectomía por aspiración se está asentando como solución fiable y segura frente a dispositivos mecánicos debido a sus altas tasas de recanalización. Con el fin de analizar y proponer mejoras potenciales tanto a la intervención médica como a los dispositivos usados (catéter de aspiración), así como para evaluar el daño potencial en las arterias afectadas, se han realizado una serie de modelos virtuales que buscan predecir el comportamiento del trombo y de su entorno durante la intervención médica. Así, se considera esencial evaluar y definir cómo se realiza la extracción y eliminación del trombo para buscar una intervención exitosa. Las herramientas de simulación existentes permiten realizar el modelado del sistema en etapas sucesivas, validando el comportamiento del sistema en cada uno de los dominios físicos en que se enmarca el problema: dominio fluido (sistema de aspiración) y dominio mecánico (arteria y trombo). Tras la realización de una serie de ensayos virtuales, apoyados en herramientas de optimización, se han conseguido proponer una serie de parámetros potencialmente eficientes y seguros para su uso por el neurointervencionista. De igual manera, se proponen una serie de geometrías del catéter de aspiración que, independientemente de las condiciones de aspiración y de las propiedades del trombo (que pueden variar en amplios rangos), consiguen mejorar potencialmente los resultados de recanalización. Los ensayos físicos realizados con prototipos a escala permiten validar cualitativamente y visualmente el comportamiento previsto en los modelos virtuales. ----------ABSTRACT---------- Diseases of the circulatory system place a considerable burden on healthcare systems and government budgets. In fact, in recent years more than two million people per year die from cardiovascular diseases in the European Union (EU-28), which accounts for more than 37% of all deaths. Within these diseases, thromboembolism (total or partial occlusion of a blood vessel) becomes especially important, with various treatments for the removal of the blood clot. In the case of cerebral thromboembolism, specifically in the so-called Circle of Willis, surgical intervention with mechanical devices has proven to be effective in patients, although the technique used in clot removal is constantly evolving. Due to the small size of the cerebral arteries, as well as the small radii of curvature, the solutions that are successfully applied in other blood vessels of greater diameter are not usable in this case due to the existence of rigid parts or mobile mechanisms that can cause potential damage to the arteries during the maneuver, in addition to the difficulty in guiding towards the affected area. In this regard, aspiration thrombectomy is becoming a reliable and safe solution against mechanical devices due to its high recanalization rates. In order to analyze and propose potential improvements to both the medical intervention and the devices used (aspiration catheter), as well as to assess the potential damage in the affected arteries, a series of virtual models have been made that seek to predict the behavior of the thrombus and its surroundings during medical intervention. Thus, it is considered essential to evaluate and define how the thrombus is removed and removed to seek a successful intervention. The existing simulation tools allow modeling of the system in successive stages, validating the behavior of the system in each of the physical domains in which the problem is framed: fluid domain (aspiration system) and mechanical domain (artery and thrombus). After conducting a series of virtual tests, supported by optimization tools, a series of potentially efficient and safe parameters have been proposed for use by the neurointerventionist. In the same way, a series of geometries of the aspiration catheter are proposed, which, independently of the aspiration conditions and the properties of the thrombus (which can vary in wide ranges), potentially improve the recanalization results. Physical tests carried out with scale prototypes allow qualitatively and visually validate the expected behavior predicted in virtual models

Impresión 3D: Revolucionando la fabricación

Los componentes obtenidos por métodos de fabricación tradicional (arranque de material, conformado por deformación o moldeo) han necesitado de modelos físicos para su validación. Las técnicas de prototipado rápido que se basaron en deposición de material (impresión 3D) y que supusieron una alternativa a estos métodos tradicionales, han dado lugar a tecnologías no sólo válidas para dicho prototipado, sino con capacidad de producción de pieza final tanto singular, como de series de considerable volumen. La tecnología que comenzó en la industria con el uso de plásticos, está en constante evolución permitiendo hoy día el uso desde el metal hasta el hormigón, pasando por los polímeros al alcance de usuarios particulares. Esto hace posible su expansión a ámbitos o industrias de todo tipo (automoción, aeroespacial, médica, civil, etc.), llegando hasta el uso doméstico. De la mano de la tecnología de fabricación van las capacidades de diseño y predicción de comportamiento mediante maquetas virtuales que hacen las veces de modelos de validación.Sin financiaciónNo data 2020UE

Computational Prediction and Experimental Values of Mechanical Properties of Carbon Nanotube Reinforced Cement

The main objective of this study is to create a rigorous computer model of carbon nanotube composites to predict their mechanical properties before they are manufactured and to reduce the number of physical tests. A detailed comparison between experimental and computational results of a cement-based composite is made to match data and find the most significant parameters. It is also shown how the properties of the nanotubes (Young’s modulus, aspect ratio, quantity, directionality, clustering) and the cement (Young’s modulus) affect the composite properties. This paper tries to focus on the problem of modeling carbon nanotube composites computationally, and further study proposals are given.Sin financiación5.076 JCR (2020) Q1, 35/160 Physics, Applied0.919 SJR (2020) Q1, 49/394 Chemical Engineering (miscellaneous)No data IDR 2020UE

Interfacial Shear Strength of Single-Walled Carbon Nanotubes-Cement Composites from Molecular Dynamics and Finite Element Studies

Carbon nanotubes (CNTs) are nanometer-sized structures that can be used to reinforce cement matrices. The extent to which the mechanical properties are improved depends on the interfacial characteristics of the resulting materials, that is, on the interactions established between the CNTs and the cement. The experimental characterization of these interfaces is still impeded by technical limitations. The use of simulation methods has a great potential to give information about systems lacking experimental information. In this work, molecular dynamics (MD) and molecular mechanics (MM) were used in conjunction with finite element simulations to study the interfacial shear strength (ISS) of a structure formed by a pristine single-walled CNT (SWCNT) inserted in a tobermorite crystal. The results show that, for a constant SWCNT length, ISS values increase when the SWCNT radius increases, while for a constant SWCNT radius, shorter lengths enhance ISS values.Sin financiación3.748 Q2 JCR 20210.604 Q2 SJR 2021No data IDR 2021UE