MÉTODO PARA DETERMINAR TRATAMIENTOS USANDO MODELOS PULMONARES ESPECÍFICOS DEL PACIENTE Y MÉTODOS INFORMÁTICOS.

Método para determinar tratamientos usando modelos pulmonares específicos del paciente y métodos informáticos Campo de la invención La presente invención se encuentra en el campo de los ventiladores mecánicos (VM), y de determinar la eficacia de tratamiento para estados de tipo respiratorio. Particularmente, se encuentra en el campo de determinar parámetros optimizados para hacer funcionar VM. Antecedentes de la invención La ventilación mecánica es un método para asistir mecánicamente o sustituir la respiración natural en un sujeto. La ventilación mecánica (VM) de las vías respiratorias de un sujeto/paciente puede subdividirse en dos categorías principales: ventilación invasiva (VI) y ventilación no invasiva (VNI). La ventilación invasiva usa un tubo endotraqueal o traqueotomía para restaurar la ventilación alveolar y el intercambio gaseoso. La VNI se usa para proporcionar a los pacientes con soporte respiratorio a través de una mascarilla sin la naturaleza invasiva de una intubación o traqueotomía (Kinnear WJM. Non-Invasive Ventilation Made Simple. Nottingham University Press, 2007). La ventilación conlleva una gama de técnicas de soporte de ventilador médico tales como, pero sin limitarse a presión positiva continua de las vías respiratorias (PPCVR), Ventilación con presión positiva no invasiva (VPPNI), presión positiva a dos niveles en las vías respiratorias (PPDNVR), ventilación percusiva intrapulmonar (VPI) e insufladorexuflador mecánico. Las técnicas de VPI e insuflador-exuflador mecánico se usan principalmente en fisioterapia para mejorar la respiración del paciente a través de la eliminación de la mucosidad excesiva. La VI se aplica habitualmente a pacientes que no pueden respirar de forma independiente, normalmente en una unidad de cuidados intensivos. El respirador proporciona flujo respiratorio a menudo sin el requerimiento de esfuerzo por parte del paciente. Pueden usarse modos controlados por presión y volumen y el paciente puede, en algunos entornos, activar todavía el ventilador. Por otro lado, la VNI puede ofrecer el mismo soporte (también completamente controlado por volumen o controlado por presión con o sin volumen de reserva) pero principalmente los pacientes todavía activan el ventilador. La VNI se usa a menudo en pacientes con enfermedades neuromusculares restrictivas tales como esclerosis lateral amiotrófica (ELA), distrofia miotónica (enfermedad de Steinert), distrofia muscular de Duchenne, deficiencia de maltasa ácida y miopatía de Emery-Dreifuss. Recientemente, se ha usado cada vez más la VNI en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Estudios recientes indican que la VNI en EPOC puede tener un efecto beneficioso aunque los datos no son siempre concluyentes (Dreher M, Kenn K y Windisch W. Non-invasive ventilation and physical exercise in patients with COPD. Pneumologie 62: 162-168, 2008.; McEvoy RD, Pierce RJ, Hillman D, Esterman A, Ellis EE, Catcheside PG, ODonoghue FJ, Barnes DJ y Grunstein RR. Nocturnal Non-Invasive Nasal Ventilation in Stable Hypercapnic COPD: A Randomised Controlled Trial. Thorax 2009; Windisch W, Haenel M, Storre JH y Dreher M. High-intensity non-invasive positive pressure ventilation for stable hypercapnic COPD. Int J Med Sci 6: 72-76, 2009.). La impresión general es que un subconjunto de la población de pacientes puede beneficiarse significativamente de la VNI, mientras que el efecto es menos pronunciado en otros pacientes. Con un ventilador mecánico, deben ajustarse varios parámetros según las necesidades del paciente, incluyendo, por ejemplo, presión, volumen de gas, frecuencia respiratoria, tiempo de elevación, razón I:E, modo de activación y sensibilidad. Son necesarios los parámetros correctos para restaurar la ventilación alveolar, impedir la atelectasia y optimizar el intercambio gaseoso. Además, la VM conlleva muchas posibles complicaciones incluyendo neumotórax, lesión de las vías respiratorias, daño alveolar y neumonía asociada al ventilador. Por este motivo, las regulaciones de la VM deben determinarse cuidadosamente. Normalmente, los ajustes de las regulaciones del ventilador todavía son empíricos, usando el intercambio gaseoso obtenido reflejado en el análisis de gasometría sanguínea, saturación de oxígeno y monitorización de CO2 como orientación. Se conocen sistemas en la técnica para la simulación de estructuras anatómicas de pacientes y tratamientos. De Backer J W et al, Mechanical Engineering and Physics, Butterworth-Heinemenn GB, vol. 30, nº 7 describen el uso de la dinámica de fluidos computacional para valorar el flujo de aire a través del sistema respiratorio. El documento WO 01/56491 A2 describe un método de planificación de tratamiento asistido por ordenador que supone la generación y manipulación de una imagen tridimensional de una región que incluye una estructura anatómica. El documento WO 2004/019766 describe un factor pronóstico no invasivo del esfuerzo del paciente a partir de sensores de flujo y presión de las vías respiratorias unidos al paciente usando un modelo matemático adaptativo. El documento US 2007/156453 describe un sistema de planificación de tratamiento y médico. El objetivo de la presente invención es optimizar la regulación de los parámetros para VM, que permite que más subconjuntos de la población se beneficien, y también reducir los fracasos de tratamiento debidos a un periodo inicial excesivamente largo o inadecuado. 2   Sumario de la invención Una realización de la invención es un método para determinar parámetros optimizados para ventilación mecánica, VM, de un sujeto, que comprende: a) obtener datos referentes a una imagen tridimensional del sistema circulatorio del sujeto, b) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura pulmonar del sujeto a partir de los datos de imagen obtenidos en la etapa a), c) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura de las vías respiratorias del sujeto a partir de los datos de imagen obtenidos en la etapa a), d) calcular un modelo estructural tridimensional específico del paciente de la estructura lobular del sujeto a partir del modelo pulmonar obtenido en la etapa b), e) modelar por ordenador, el flujo de aire a través de las vías respiratorias, usando los modelos de las vías respiratorias y la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) a parámetros de VM definidos; f) modelar por ordenador, el comportamiento estructural de las vías respiratorias y la interacción con el flujo, usando los modelos de las vías respiratorias y la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) a parámetros de VM definidos; g) determinar los parámetros de VM que conducen a una disminución en la resistencia de las vías respiratorias y por lo tanto un aumento en el flujo másico lobular para las mismas presiones motrices según el modelo de la etapa d), obtener de ese modo parámetros de VM optimizados, y emplear los parámetros optimizados como regulaciones en un dispositivo de VM Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que el modelo estructural de la etapa c) se calcula usando principios de segmentación. Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que el modelo de la etapa d) se calcula usando segmentación lobular. Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que el modelado de la etapa e) comprende dinámica de fluidos computacional que incorpora resolver numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes. Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que la estructura lobular determinada en la etapa d) se usa para determinar condiciones límite para dinámica de fluidos computacional. Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que - los datos de la etapa a) se refieren a imágenes tridimensionales del sistema respiratorio a capacidad pulmonar total, CPT y a capacidad residual funcional, CRF, - el modelo de la estructura pulmonar en la etapa b) y el modelo de la estructura lobular en la etapa d) se calculan ambos a CPT y CRF, para determinar la velocidad de flujo másica hacia cada lóbulo y posteriormente las condiciones límite para dicha dinámica de fluidos computacional. Otra realización de la invención es un método tal como se describió anteriormente, en el que el modelado de la etapa f) comprende análisis por elementos finitos, AEF. Leyendas de las figuras Figuras 1A y B: exploración por TC a través del tórax de un sujeto con líneas de fisura indicadas, usada para determinar la división de los lóbulos pulmonares en la etapa de segmentación lobular. La figura 1A muestra la sección transversal mientras que la figura 1B muestra... [Seguir leyendo]

1. Método para determinar parámetros optimizados para ventilación mecánica, VM, de un sujeto, que comprende: a) obtener datos referentes a una imagen tridimensional del sistema respiratorio del sujeto, b) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura pulmonar del sujeto a partir de los datos de imagen obtenidos en la etapa a), c) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura de las vías respiratorias del sujeto a partir de los datos de imagen obtenidos en la etapa a), d) calcular un modelo estructural tridimensional específico del paciente de la estructura lobular del sujeto a partir del modelo pulmonar obtenido en la etapa b), e) modelar por ordenador, el flujo de aire a través de las vías respiratorias, usando los modelos de las vías respiratorias y la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) a parámetros de VM definidos; f) modelar por ordenador, el comportamiento estructural de las vías respiratorias y la interacción con el flujo, usando los modelos de las vías respiratorias y la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) a parámetros de VM definidos, y g) determinar los parámetros de VM que conducen a una disminución en la resistencia de las vías respiratorias y por tanto un aumento en el flujo másico lobular para las mismas presiones motrices según el modelo de la etapa d), obtener de ese modo parámetros de VM optimizados, y emplear los parámetros optimizados como regulaciones en un dispositivo de VM. 2. Método según la reivindicación 1, en el que el modelo estructural de la etapa c) se calcula usando principios de segmentación. 3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el modelo de la etapa d) se calcula usando segmentación lobular. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el modelado de la etapa e) comprende dinámica de fluidos computacional que incorpora resolver numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes. 5. Método según reivindicación 4, en el que la estructura lobular determinada en la etapa d) se usa para determinar condiciones límite para dinámica de fluidos computacional. 6. Método según la reivindicación 5, en el que - los datos de la etapa a) se refieren a imágenes tridimensionales del sistema respiratorio a capacidad pulmonar total, CPT y a capacidad residual funcional, CRF, - el modelo de la estructura pulmonar en la etapa b) y el modelo de la estructura lobular en la etapa d) se calculan ambos a CPT y CRF, para determinar la velocidad de flujo másica hacia cada lóbulo y posteriormente las condiciones límite para dicha dinámica de fluidos computacional. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el modelado de la etapa f) comprende análisis por elementos finitos, AEF. 8. Medio legible por ordenador que comprende un programa que comprende instrucciones para llevar a cabo el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 cuando se carga en el dispositivo de VM. 9     11   12   13   14     16   17   18   19     21   22