Liver radioembolizationcomputational particle-hemodynamics studies in a patient-specific hepatic artery under literature-based cancer scenarios

Resumen

La radioembolización hepática es un tratamiento para combatir tumores hepáticos. Consiste en administrar microesferas radiactivas mediante un microcatéter situado en la arteria hepática, de modo que esas microesferas, que son llevadas por la corriente sanguínea, se depositan en la malla tumoral. La posición del microcatéter y la velocidad de inyección de las partículas se deciden durante el pretratamiento, mediante el cual se emula el tratamiento por medio de la infusión de macroagregados de albúmina. Se supone que la posición del microcatéter y la velocidad de inyección se repiten durante el tratamiento. Aunque sea un tratamiento seguro y efectivo, pueden aparecer complicaciones por la irradiación de zonas que no debían irradiarse, que puede deberse a diferencias entre las condiciones de la inyección del pretratamiento y las del tratamiento. Esas condiciones son: el posicionamiento del microcatéter, la inyección y el flujo sanguíneo. Para reducir estas complicaciones, por un lado se ha recomendado ajustar, durante el tratamiento, la posición del microcatéter y la velocidad de inyección definidas durante el pretratamiento. Por otro lado, se han propuesto diferentes diseños de microcatéteres. Por ejemplo, el catéter antirreflujo. El objetivo de esta tesis es analizar la influencia de las condiciones de inyección en la distribución de microesferas mediante simulaciones numéricas del flujo de sangre con transporte de partículas. La tesis se divide en cuatro estudios que siguen la misma estrategia de simulación: la radioembolización es simulada en un modelo de arteria hepática específica de paciente bajo unos escenarios de cáncer basados en la literatura. El primer estudio analiza las diferencias que pueden darse entre el pretratamiento y el tratamiento. El segundo, la influencia del catéter antirreflujo. El tercero, la influencia de la dirección distal del microcatéter, del punto de inyección y de la velocidad de inyección; y el cuarto, la influencia del microcatéter acabado con la punta a 45º. Previamente, se tuvo que desarrollar una metodología para definir condiciones de contorno realistas aplicables a simulaciones numéricas en arterias hepáticas. En lo que respecta al estudio sobre el pretratamiento, los resultados muestran que la posición del microcatéter es muy importante, tanto en su posición en la arteria (cerca o lejos de una bifurcación) como en pequeños movimientos longitudinales de la punta del microcatéter entre el pretratamiento y el tratamiento. Además, cuanto mayor es el volumen de cáncer, tanto mayor es la capacidad de llegar a los tumores porque aumenta la capacidad de transportar las partículas. En cuanto al estudio sobre el catéter antirreflujo, la conclusión principal es que inyectar en una arteria lo suficientemente larga y tortuosa posibilita el alineamiento de las partículas con el flujo; de modo que, sea cual sea el catéter empleado para la inyección, la distribución de partículas tiende a parecerse a la distribución del flujo de sangre. Con respecto al tercer estudio, se concluye que a pesar de la importancia de la posición de la punta del microcatéter, también son importantes tanto la dirección distal del microcatéter como la velocidad de inyección de las partículas. Así, variaciones involuntarias de cualquiera de los tres parámetros puede conllevar resultados no deseados en el tratamiento. Por último, el cuarto estudio muestra que cuanto mayor es la velocidad de inyección de las partículas, más esparcidas viajan las partículas en el lumen de la arteria. Además, fijándose únicamente en la orientación de la punta del microcatéter no es posible predecir la rama de la bifurcación que van a tomar las partículas porque la complejidad de la geometría de las arterias hepáticas hace que el flujo sanguíneo tome estructuras hemodinámicas helicoidales y caóticas, por lo que la trayectoria de las partículas no es intuitiva, aunque la distribución de las partículas será similar a la del flujo de sangre.