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Métodos Innovadores para pruebas de dispositivos para Aneurisma Aórtico

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Usar información específica del paciente que permita crear modelos es importante para llevar a cabo pruebas precisas y realistas.

El reto

Desarrollar modelos de prueba que funcionen bien en condiciones desafiantes

Medtronic es líder mundial en tecnología médica. El departamento Endovascular diseña y fabrica dispositivos para tratar enfermedades cardiovasculares como aneurisma aórtico torácico. Medtronic Endovascular está comprometido en mejorar vidas llegando a los pacientes y comunidad con programas educacionales para elevar el nivel de conciencia sobre las enfermedades cardiovasculares y la búsqueda continua de nuevas alternativas de tratamiento. Medtronic Endovascular está orgulloso de haber ayudado a médicos a tratar a más de 200.000 pacientes a nivel mundial.

Representación digital del diseño de injerto de stent
Diseño de un injerto stent utilizado para el tratamiento de Aneurisma Aórtico Torácico

Al momento de probar los injertos usados para tratar el Aneurisma Aórtico Torácico, el objetivo de Medtronic es desarrollar modelos que ayuden a imitar de manera precisa el desempeño, en vivo, de los dispositivos. Dado el rol crítico que estos injertos juegan en el bienestar de los pacientes, se desarrolló un nuevo método para diseñar modelos de prueba. Al incorporar el análisis estadístico al desarrollo de los modelos de prueba, Medtronic es capaz de asegurar que sus dispositivos tendrán un buen desempeño bajo condiciones exigentes.

Modelo digital aórtico en verde
Modelo aórtico generado a partir de la línea de centro y parámetros geométricos

La solución

Mimics Innovation Suite

Utilizando Mimics Innovation Suite, Medtronic desarrolló un método para obtener parámetros geométricos a partir de datos de pacientes que permiten definir su uso en condiciones in-vivo. Se recolectó información de tomografías de pacientes y se entregaron al equipo de investigación y desarrollo. Mediante el software Mimics de Materialise el equipo segmentó el modelo aórtico en 3D a partir del conjunto de datos. En Mimics se calculó automáticamente una línea de centro que se ajustara al modelo de la aorta. Para describir condiciones de uso difíciles, la línea media se transformó para que se ajustara al valor del percentil 95 de cada parámetro geométrico. Utilizando este método híbrido de combinar datos reales de pacientes con parámetros geométricos estadísticamente evaluados, se puede lograr adaptarlos a modelos vasculares para que se ajusten a cualquier requerimiento con fines de prueba.

Luego de crear la línea de centro híbrida, se utilizó el software 3-matic de Materialise para diseñar un modelo aórtico de paredes delgadas basado en los pacientes. También se diseñaron soportes y accesorios de prueba estándares para el dispositivo antes de utilizar la tecnología de impresión en 3D para imprimir un modelo de prueba físico.

El modelo luego se ajustó en el aparato de prueba con fluido circulante para evaluar y cuantificar varias medidas de desempeño del injerto stent y su sistema de liberación.

El método seguido por Medtronic para diseñar un aparato de prueba basado en el paciente puede ser resumido en 5 pasos:

  • Medir los parámetros geométricos
  • Calcular la línea de centro
  • Adaptar la línea de centro para ajustarla a los modelos estadísticos
  • Diseñar un aparato de prueba
  • Producir el modelo con tecnología en impresión 3D

El resultado

Creación de un nuevo estándar para las pruebas de laboratorio

Representación informática de un modelo aórtico basado en el paciente
Modelo de aorta basado en el paciente

El uso de Mimics Innovation Suite para cuantificar la geometría anatómica y poder generar un conjunto estándar de modelos con base en los pacientes ha creado un estándar sin igual en las pruebas aplicadas sobre modelos físicos en Medtronic. "Mimics software nos permite cuantificar el límite de las condiciones de falla y 3-matic permite incluir los límites de desempeño a los modelos de prueba en desarrollo de los dispositivos de nueva generación”, señala Srinivasan Varahoor. Estos modelos nos pueden ayudar a localizar sistemáticamente las condiciones de falla de los dispositivos durante las pruebas, y por ende, se obtienen diseños más sólidos. Este enfoque se puede aplicar en el futuro a las pruebas y desarrollo de cualquier sistema de dispositivo vascular.

Modelo aórtico basado en el paciente

El estándar en la “Ingeniería de Anatomía”

Mimics Innovation Suite convierte información de imágenes en 3D en modelos digitales de alta calidad de una manera exacta y eficiente. Empezando con imágenes CT, MRI o Ultrasonido en 3D, Mimics Innovation Suite ofrece la segmentación de imágenes más avanzada, las opciones de medición anatómica más amplias, poderosas, herramientas CAD para la Ingeniería de Anatomía e Impresión en 3D, y preparación de modelos precisos para FEA y CFD.

En este estudio de caso los autores utilizaron Mimics Innovation Suite para estandarizar su prueba de despliegue de su dispositivo a partir de los siguientes pasos:

  • Transformar información de población basados en imágenes médicas a diseños virtuales de modelos físicos
  • Exportar los modelos virtuales en el formato requerido para  impresión 3D en la medicina
  • Definir y cuantificar el desempeño del dispositivo usando novedosos modelos físicos basados en la población

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Este caso de estudio en breves palabras

Sector

Healthcare

Por qué este enfoque

Patient-based medical devices

Soluciones que se han empleado

Mimics Innovation Suite

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