Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y el Hospital de Burdeos han creado gemelos digitales del corazón de pacientes con el tipo de arritmia cardíaca más frecuente, la fibrilación auricular, que es uno de los principales factores de riesgo de trombos e infartos. Con estos gemelos digitales, no solo se puede conocer mejor la morfología y el flujo sanguíneo del corazón de los pacientes, sino también simular diferentes escenarios posibles de la operación que necesitan algunos de ellos, lo que puede contribuir a reducir significativamente sus riesgos. La operación consiste en la implantación de un dispositivo en una parte específica del corazón de los pacientes, para evitar la formación de trombos.

Los gemelos digitales se han creado con un innovador método computacional, generado a partir de la combinación de distintos sistemas ya existentes. Este método supone un gran avance para examinar y entender mejor el funcionamiento de los distintos tipos de dispositivos que se pueden implantar en el corazón del paciente, teniendo en cuenta las dinámicas del flujo sanguíneo, que hasta ahora no se conocían con precisión, además de su morfología cardíaca.

Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en un artículo científico difundido por la revista Plos Computational Biology. La investigación la ha liderado el grupo de investigación PhySense de la Unidad BCN MedTech del Departamento de Ingeniería de la UPF, con la colaboración del Instituto-Hospital Universitario de Enfermedades del Ritmo Cardíaco (IHU Liryc-CHU Burdeos) de la Universidad de Burdeos.

1 de cada 5 personas mayores de 80 años sufren fibrilación auricular

Tal como se expone en el artículo, la fibrilación auricular (FA) afecta a cerca de 33,5 millones de personas en todo el mundo y se calcula que un 5% corre el riesgo de sufrir un infarto. La incidencia de la FA es especialmente elevada entre las personas mayores de 80 años, puesto que 1 de cada 5 padece esta enfermedad.

El tejido cardíaco de los pacientes con FA no hace los movimientos y contracciones que serían normales en una persona sana para que la sangre no se concentre en una zona del corazón donde no debería depositarse: la denominada orejuela auricular izquierda. La sangre que entra en esta zona del corazón tiende a formar trombos sanguíneos, que pueden provocar infartos u otros graves problemas de salud.

En algunos casos, este deficiente funcionamiento del corazón se puede corregir con medicación. Pero algunos pacientes, sobre todo ancianos, tienen contraindicados los tratamientos farmacológicos por sus efectos anticoagulantes. Por eso, requieren una operación quirúrgica, que consiste en instalar un dispositivo que bloquea el paso de sangre a la orejuela auricular izquierda. Para reducir los riesgos de esta operación, es fundamental elegir el dispositivo con la forma más adecuada a la anatomía cardíaca de cada paciente (los más habituales tienen forma de disco o enchufe) y colocarlo en el punto más adecuado entre la orejuela izquierda y la parte contigua del corazón (la cavidad de la aurícula izquierda). También es fundamental tener en cuenta las particularidades del flujo sanguíneo de cada paciente.

En este sentido, "este método para generar gemelos digitales del corazón permitirá recrear con mayor precisión que hasta ahora las condiciones anatómicas del corazón de cada paciente y sobre todo cómo circula la sangre por la aurícula y la orejuela izquierda"- explica Carlos Albors, autor principal del artículo de investigación e investigador del grupo PhySense de la UPF. Esto podría ayudar a los profesionales de la medicina a mejorar su plan preoperatorio, definiendo cuál es el tipo de dispositivo más adecuado para cada paciente y el punto óptimo para colocarlo. También podrían reducirse sustancialmente los riesgos de la intervención, sobre todo el asociado a la formación de trombos por errores en la configuración del dispositivo.

Se han simulado 33 escenarios posibles de la operación con 20 pacientes

El equipo de investigación ha realizado los gemelos digitales de 20 pacientes con fibrilación auricular, con los que se ha recreado la estructura tridimensional del corazón de cada uno de ellos tanto antes como después de ser operados. Estas recreaciones en 3D se han realizado a partir de imágenes 2D obtenidas con tomografías computarizadas (TC), que utilizan los rayos X, realizadas a pacientes del Hospital de Burdeos antes y después de la operación.

Mediante los gemelos digitales del corazón de estas 20 personas (antes de ser intervenidas), se han realizado un total de 33 simulaciones de la operación, que han combinado distintos tipos de dispositivo y diferentes colocaciones. Las reconstrucciones 3D del corazón después de la operación han servido para comprobar hasta qué punto la colocación real del dispositivo era o no la óptima, comparativamente con las posiciones ideales de acuerdo a las simulaciones realizadas.

Un gran paso adelante del grupo de investigación PhySense de la UPF para mejorar la planificación de las operaciones de la fibrilación auricular

El grupo de investigación PhySense de la UPF, bajo la dirección de Oscar Cámara, también es el artífice de la plataforma VIDAA, que permite generar copias virtuales de la aurícula izquierda de los pacientes con FA, útiles para determinar la configuración del dispositivo óptima para cada uno de ellos de acuerdo a su morfología cardíaca. De hecho, VIDAA es uno de los sistemas empleados por el método con el que se han creado los nuevos gemelos digitales, que representa una evolución de esta plataforma. El método presentado ahora es mucho más preciso para examinar el flujo de la sangre entre la aurícula y la orejuela izquierda.