La enfermedad de las arterias coronarias (EAC) es una de las principales causas de mortalidad y morbilidad, y fue responsable de más de 9,14 millones de muertes en 2019 en todo el mundo 1,2. El desarrollo de enfermedades de las arterias coronarias, como la aterosclerosis y la estenosis, suele ir acompañado de alteraciones en las fuerzas mecánicas y cambios en las propiedades del material de la pared vascular3. Las propiedades materiales de las arterias coronarias no solo son la piedra angular para determinar su respuesta mecánica a la carga fisiológica, sino también los elementos clave para simular el comportamiento mecánico de los vasos sanguíneos, predecir el desarrollo de lesiones ateroscleróticas y evaluar el efecto terapéutico de diversos dispositivos médicos 4,5. En consecuencia, una comprensión profunda y una cuantificación precisa de las propiedades del material coronario tienen un valor primordial para el diagnóstico precoz de la enfermedad, la medicina de precisión y la evaluación del pronóstico6.
Los experimentos mecánicos de tejidos coronarios aislados, como la prueba biaxial plana, la prueba de indentación, la prueba de extensión de inflado y la prueba de extensión uniaxial, son enfoques comunes para cuantificar las propiedades mecánicas de las paredes de los vasos coronarios ex vivo 7,8,9. A partir de estos enfoques, se obtuvieron muestras de arterias coronarias de pacientes o animales de experimentación. Se llevaron a cabo ensayos mecánicos para determinar las respuestas de deformación de la pared del recipiente bajo diferentes condiciones de tensión, y luego se determinaron los parámetros del material mediante el ajuste de los datos experimentales10. Estudios previos han demostrado que las propiedades coronarias son altamente no lineales y anisotrópicas11. Aunque los experimentos ex vivo pueden proporcionar datos precisos sobre las propiedades de los materiales, también existen limitaciones significativas, que son las siguientes: en primer lugar, el comportamiento mecánico de la muestra después de extraerla de los sujetos vivos sería diferente al de las condiciones in vivo, lo que puede afectar a la precisión de los resultados de las pruebas. En segundo lugar, debido a las limitaciones éticas y prácticas, es difícil obtener una gran colección de tejidos normales o patológicos de las arterias coronarias para realizar las pruebas mecánicas.
Para superar estas limitaciones, los investigadores han explorado técnicas novedosas para la cuantificación in vivo, en tiempo real y específica del paciente de las propiedades del material coronario. Entre ellos, el enfoque de actualización basado en modelos de elementos finitos (FEMBUA) basado en imágenes médicas promete abordar estos problemas desafiantes. Este abordaje hace uso de técnicas de imagen avanzadas como la ecografía intravascular (IVUS) y la histología virtual (VH)-IVUS para capturar la geometría coronaria detallada, la composición de los tejidos y su movimiento12. Mediante la construcción de modelos 3D de elementos finitos (FE) y la incorporación de condiciones fisiológicas de presión arterial específicas del paciente, se pudo recuperar el comportamiento vascular dinámico durante los ciclos cardíacos optimizando los parámetros del material para que coincidan con los datos de imagen para una cuantificación rápida y precisa de las propiedades del material coronario13. Las ventajas del enfoque de actualización de FE in vivo sobre los experimentos ex vivo incluyen la evaluación in vivo sin escisión de tejidos, la facilitación de evaluaciones a gran escala y la simulación de la dinámica vascular en condiciones complejas para ayudar a la comprensión de la fisiopatología de las enfermedades coronarias.
En este artículo, se presentan los pasos clave del enfoque de actualización basado en modelos de elementos finitos, que incluyen una segmentación y procesamiento detallados de imágenes de cine IVUS y VH-IVUS, reconstrucción del modelo computacional de estructura de capa delgada solamente, ejecución del esquema iterativo para buscar parámetros de material óptimos para los tejidos arteriales coronarios. El objetivo de este protocolo es cuantificar las propiedades materiales de la arteria coronaria de una muestra de paciente con EAC utilizando el método FEMBUA como demostración, especialmente la ilustración de métodos paso a paso. Concluimos discutiendo la importancia y otros aspectos de este método in vivo .
La participante seleccionada es una mujer de 64 años sin antecedentes clínicos previos de enfermedad coronaria. Este paciente fue diagnosticado con enfermedad de las arterias coronarias después de tener síntomas de dolor torácico. Se realizó coronariografía y gammagrafía IVUS para confirmar el diagnóstico. Se encontró una lesión en placa con estenosis del 60% en el centro de la arteria descendente anterior izquierda. Después de la evaluación, se adoptó el tratamiento médico óptimo para tratar al paciente.