Docentes del Balseiro trabajan en un sistema 3D que permite programar cirugías complejas. Lo hacen en conjunto con médicos del Hospital Garrahan de Buenos Aires.

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. Una metodología implementada en Argentina por un equipo interdisciplinario conformado por profesionales del Instituto Balseiro, el Centro Atómico Bariloche y el Hospital Garrahan.

Se trata de una propuesta -en constante desarrollo- que se utiliza en hospitales pediátricos de primer nivel, como es el caso del Hospital de Niños de Boston. Ignacio Berra, cirujano cardiovascular del Garrahan, presenció la aplicación de esta técnica en esa institución  norteamericana en ocasión de su estadía en los Estados Unidos, y trajo la idea a Argentina con la intención de implementarla y mejorarla.

Para ello, contó con la colaboración de dos docentes del Instituto Balseiro: 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 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 doctor 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

El Hospital Garrahan de Buenos Aires es una institución especializada en Pediatría de Alta Complejidad donde asisten a niños, niñas y adolescentes de acuerdo con sus necesidades de salud. Algunos procedimientos son muy complejos y requieren de un abordaje multidisciplinario.

Dentro de la institución, Ignacio Berra trabaja en cirugías cardiovasculares pediátricas y trasplantes cardíacos, pulmonares y renales y para tratar a pacientes, con ciertas condiciones cardiovasculares, el médico implementó la técnica que observó en el Hospital de Niños de Boston que permite evaluar distintas opciones quirúrgicas antes de realizar una operación. Previamente, dio un detalle sobre la metodología, a través de un coloquio que ofreció en el Balseiro

El procedimiento paso por paso

En primer lugar, se le realiza al o la paciente una tomografía o resonancia, a partir de la cual se obtienen imágenes en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Luego se hace una reconstrucción en 3D de su fisiología  y así se obtiene un modelo tridimensional de su anatomía.

“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 mismo Balseiro. Además, el médico cirujano afirmó que esta técnica permite aproximar las condiciones fisiológicas de pacientes “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.

Al respecto, Enzo Dari comentó que el aporte de su grupo al proyecto impulsado por el equipo del Garrahan consistió en el desarrollo de cálculos de fluidodinámica computacional desde la combinación de los datos fisiológicos de pacientes. “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. En tanto que 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

Según Dari y Cejas, cuando se encara un proyecto de estas características se suelen presentar numerosos desafíos como por ejemplo, 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. Y aclararon que, además, comentaron 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 aun 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.

Asimismo, el físico habló acerca de algunas dificultades que se presentan en esta etapa, que están vinculadas a la complejidad del comportamiento fisiológico del cuerpo humano y la especificidad de cada paciente y cada cirugía. Y explicó que 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

“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 René Cejas, 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).

Es importante destacar que 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.