Procedimiento para evaluar la eficacia de un tratamiento usando modelos pulmonares específicos del paciente.

Un procedimiento para evaluar la eficacia de un tratamiento de una afección respiratoria en un sujeto que comprende las etapas de:

a) obtener datos referentes a una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto antes del tratamiento y una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto después del tratamiento,

b) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura pulmonar del sujeto a partir de cada uno de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a),

c) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura de las vías respiratorias del sujeto a partir de cada uno de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a),

d) calcular un modelo estructural tridimensional específico del paciente de la estructura lobular del sujeto a partir de cada uno de los modelos de estructura pulmonar obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa b),

e) modelizar informáticamente el flujo de aire por medio los estados de las vías respiratorias antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d);

f) modelizar informáticamente el comportamiento estructural de las vías respiratorias y la interacción con el flujo en los estados antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d);

g) comparar el flujo de aire y el comportamiento estructural modelizados antes y después del tratamiento para determinar la eficacia de un tratamiento, en el que un tratamiento eficaz es uno que reduce la resistencia de las vías respiratorias, aumentando con ello la masa lobular para la misma presión motriz.

Procedimiento para evaluar la eficacia de un tratamiento usando modelos pulmonares específicos del paciente Campo de la invención La presente invención está en el campo de los ventiladores mecánicos (MV) y de la determinación de la eficacia de un tratamiento para afecciones de tipo respiratorio. En particular, está en el campo de la determinación de parámetros optimizados para operar MV.

Antecedentes de la invención La ventilación mecánica es un procedimiento para prestar asistencia mecánicamente o para reemplazar la respiración natural en un sujeto.

La ventilación mecánica (MV) de las vías respiratorias de un sujeto/paciente puede subdividirse en dos categorías principales: ventilación invasiva (IV) y no invasiva (NIV) . La ventilación invasiva usa un tubo endotraqueal o traqueotomía para restaurar la ventilación alveolar y el intercambio de gases. La NIV se usa para proporcionar a pacientes apoyo respiratorio a través de una máscara sin la naturaleza invasiva de una intubación o traqueotomía (Kinnear WJM. Non-Invasive Ventilation Made Simple. Nottingham University Press, 2007) . La ventilación conlleva una serie de técnicas médicas de apoyo con ventilador tales como, pero sin limitación, presión de las vías respiratorias positiva continua (CPAP) , ventilación con presión positiva no invasiva (NIPPV) , presión de las vías respiratorias positiva de dos niveles (BiPAP) , ventilación percusiva intrapulmonar (IPV) e insuflador-exuflador mecánico.

Las técnicas IPV y de insuflador-exuflador mecánico se usan principalmente en fisioterapia para mejorar la respiración del paciente por medio de la eliminación del exceso de mucosidad.

La IV se aplica habitualmente a pacientes que no pueden respirar independientemente, típicamente 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 de control de la presión y el volumen y el paciente puede aún, en algunos ámbitos, activar el ventilador. La NIV, por otra parte, puede ofrecer el mismo apoyo (también volumen controlado o presión controlada completamente con o sin volumen auxiliar) , pero la mayor parte de los pacientes aún activa el ventilador. La NIV se usa a menudo en pacientes con enfermedades neuromusculares restrictivas tales como esclerosis lateral amiotrófica (ALS) , distrofia miotónica (enfermedad de Steinert) , distrofia muscular de Duchenne, deficiencia de maltasa ácida y miopatía de Emer y -Dreifuss.

Recientemente, la NIV se ha usado de forma creciente en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (COPD) . Estudios recientes indican que la NIV puede tener un efecto beneficioso sobre la COPD, 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 con la NIV, mientras que el efecto es menos pronunciado en otros pacientes.

Con un ventilador mecánico pueden ajustarse diversos parámetros según las necesidades del paciente, incluidos, por ejemplo, presión, volumen de gas, velocidad de la respiración, tiempo de elevación, relación I:E, modo de activación y sensibilidad. Los parámetros correctos son necesarios para restaurar la ventilación alveolar, prevenir la atelectasia y optimizar el intercambio de gases. Además, el MV posee muchas complicaciones potenciales que incluyen neumotórax, lesión de las vías respiratorias, lesión alveolar y neumonía asociada con el ventilador. Por esta razón, los ajustes del MV deben determinarse cuidadosamente. Típicamente, los ajustes de los parámetros del ventilador son aún empíricos; se usa el intercambio de gas obtenido reflejado en el análisis de gas en sangre, la saturación de oxígeno y el seguimiento del CO2 como guía.

El objetivo de la presente invención es optimizar el ajuste de los parámetros para MV, lo que permite que más subconjuntos de la población se beneficien y también que se reduzcan los fallos en el tratamiento debido a un periodo de inicio excesivamente largo o inadecuado.

Resumen de algunas realizaciones de la invención Una realización de la invención es un procedimiento para evaluar la eficacia de un tratamiento de una afección respiratoria en un sujeto que comprende las etapas de:

a) obtener datos referentes a una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto antes del tratamiento y una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto después del tratamiento, b) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura pulmonar del sujeto a partir de cada uno

de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a) , c) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura de las vías respiratorias del sujeto a partir de cada uno de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a) , d) calcular un modelo estructural tridimensional específico del paciente de la estructura lobular del sujeto a partir de cada uno de los modelos de estructura pulmonar obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa b) , e) modelizar informáticamente el flujo de aire por medio los estados de las vías respiratorias antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) ;

f) modelizar informáticamente el comportamiento estructural de las vías respiratorias y la interacción del flujo en los estados antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) ;

g) comparar el flujo de aire (etapa e) y el comportamiento estructural (etapa f) modelizados antes y después del tratamiento para determinar la eficacia de un tratamiento.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que los datos de imagen de la etapa a) se obtienen previamente usando TC o MRI.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que el modelo estructural de la etapa c) se calcula usando principios de segmentación.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que el modelo de la etapa d) se calcula usando segmentación lobular.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que el modelizado de la etapa e) comprende dinámica de fluidos computacional que incluye la resolución numérica de ecuaciones de Navier-Stokes.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que la estructura lobular determinada en la etapa d) se usa para determinar condiciones límite para la dinámica de fluidos computacional.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que -los datos de la etapa a) se refieren a imágenes tridimensionales del aparato respiratorio a capacidad pulmonar total, TLC y a capacidad residual funcional, FRC, -el modelo de la estructura pulmonar de la etapa b) y el modelo de la estructura lobular de la etapa d) se calculan tanto a TLC como a FRC, para determinar el tasa de flujo másico hacia cada lóbulo y subsiguiente las condiciones límite para dicha dinámica de fluido computacional.

Otra realización de la invención es un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente, en el que el modelizado de la etapa d) comprende análisis por elementos finitos, FEA.

Leyendas de las figuras FIG. 1A y B: Exploración TC a lo largo del tórax de un sujeto con indicación de fisura con líneas, usada para determinar la división de lóbulos pulmonares en la etapa de segmentación lobular. FIG. 1A muestra un corte transversal mientras que la FIG. 1 B muestra un corte longitudinal. FIG. 2 Conversión de líneas de fisura de la FIG. 1 en planos de corte (izquierda) que pueden subdividir los pulmones en sus volúmenes lobulares respectivos RUL (lóbulo superior derecho) ,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para evaluar la eficacia de un tratamiento de una afección respiratoria en un sujeto que comprende las etapas de:

a) obtener datos referentes a una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto antes del tratamiento y una imagen tridimensional del aparato respiratorio del sujeto después del tratamiento, b) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura pulmonar del sujeto a partir de cada uno de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a) , c) calcular un modelo estructural tridimensional específico de la estructura de las vías respiratorias del sujeto a partir de cada uno de los datos de imagen obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa a) , d) calcular un modelo estructural tridimensional específico del paciente de la estructura lobular del sujeto a partir de cada uno de los modelos de estructura pulmonar obtenidos antes y después del tratamiento en la etapa b) , e) modelizar informáticamente el flujo de aire por medio los estados de las vías respiratorias antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) ;

f) modelizar informáticamente el comportamiento estructural de las vías respiratorias y la interacción con el flujo en los estados antes y después del tratamiento, usando los modelos de antes y de después del tratamiento respectivos de las vías respiratorias y de la estructura lobular del sujeto obtenidos en las etapas c) y d) ;

g) comparar el flujo de aire y el comportamiento estructural modelizados antes y después del tratamiento para determinar la eficacia de un tratamiento, en el que un tratamiento eficaz es uno que reduce la resistencia de las vías respiratorias, aumentando con ello la masa lobular para la misma presión motriz.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los datos de imagen de la etapa a) son datos de tomografía computerizada (TC) o de resonancia magnética (MRI) .

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, en el que el modelo estructural de la etapa c) se calcula usando principios de segmentación.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el modelo de la etapa d) se calcula usando segmentación lobular.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el modelizado de la etapa e) comprende dinámica de fluidos computacional que incorpora la resolución numérica de ecuaciones de Navier-Stokes.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la estructura lobular determinada en la etapa d) se usa para determinar condiciones límites para la dinámica de fluidos computacional.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que:

- los datos de la etapa a) se refieren a imágenes tridimensionales del aparato respiratorio a capacidad pulmonar total (TLC) y a capacidad residual funcional (FRC) , -el modelo de la estructura pulmonar de la etapa b) y el modelo de la estructura lobular de la etapa d) se calculan tanto a TLC como a FRC, para determinar el tasa de flujo másico hacia cada lóbulo y subsiguientemente las condiciones límite para dicha dinámica de fluido computacional.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el modelizado de la etapa f) comprende análisis de elementos finitos (FEA) .