Análisis 3d de la geometría y fluidodinámica durante el planeamiento prequirúrgico de los pacientes con ventrículo único y síndrome de heterotaxia en el estadio pre Fontan-Kreutzer

Abstract

Introducción: En la cirugía de Fontan-Kreutzer se busca obtener una distribución equilibrada del flujo venoso hepático hacia ambos pulmones para lograr una condición clínica favorable a largo plazo. Estos pacientes, debido al flujo continuo pasivo venoso hepático hacia los pulmones desarrollan a largo plazo enfermedad hepática (cirrosis), bronquitis plástica o enfermedad perdedora de proteínas. Si se produce una distribución desbalanceada del flujo venoso hepático hacia los pulmones comienzan a desarrollarse fistulas arteriovenosas en el parénquima pulmonar, que llevan a la disminución de la saturación arterial de oxígeno. Objetivo: Predecir y evitar una desbalanceada distribución del flujo venoso hepático hacia los pulmones después de la cirugía de conexión cavo-pulmonar total en el estadio de Fontan-Kreutzer a través de utilizar el análisis de la fluidodinámica. Material y métodos: Dos pacientes con ventrículo único con anatomía compleja fueron estudiados y se realizó en ellos el planeamiento prequirúrgico modelando en 3 dimensiones (3D) la forma digital de la segmentación anatómica a través del formato DICOM de la tomografía axial computada con contraste. Luego se realizó el modelo de la cirugía virtual para poder aplicar a la técnica quirúrgica elegida la fluidodinámica computacional que permite evaluar la distribución balanceada del flujo venoso hepático hacia los pulmones. Resultados: La fluidodinámica computacional predijo en las distintas técnicas quirúrgicas propuestas para completar la conexión cavo-pulmonar total en el estadio Fontan-Kreutzer una distribución del flujo venoso hepático hacia la arteria pulmonar derecha de 60% a 65% y a la arteria izquierda de 35% a 40%. Conclusión: La metodología de reconstrucción 3d de la anatomía de cada paciente combinada con el modelado por fluido dinámica computacional obtenida por el presente grupo interdisciplinario, permitió modelar diferentes escenarios quirúrgicos específicos para los pacientes en estudio. La aproximación desde la física de un problema médico permitió obtener resultados favorables y constituir un método sistemático hacia la aplicación de la medicina de precisión. Esta personalización presenta las ventajas de estudiar con antelación la anatomía de los pacientes en forma virtual, esencial para proponer diferentes escenarios quirúrgicos y optimizar los tiempos en cirugía. La evaluación de cantidades fisiológicas para diferentes escenarios, mediante simulación, permitió aproximar la distribución del flujo venoso hepático hacia ambos pulmones permitiendo determinar qué estrategia minimiza o evita la formación de fistulas en el paciente. Esto tiene un impacto directo en la mejora de los resultados a largo plazo luego de completar la conexión cavo-pulmonar total en el estadio de Fontan-Kreutzer.Background: The aim of the Fontan-Kreutzer procedure is to obtain a balanced distribution of hepatic venous flow to both lungs in order to achieve a favorable long-term clinical condition. These patients, due to the continuous passive hepatic venous flow to the lungs develop long-term liver disease, (cirrhosis), plastic bronchitis or protein-losing disease. If there is an unbalanced distribution of hepatic venous flow to the lungs, arteriovenous fistulas in the pulmonary parenchyma begin to develop, leading to decreased arterial oxygen saturation. Objective: The aim of this study was to predict and avoid an unbalanced distribution of hepatic venous flow to the lungs after total cavopulmonary connection surgery at the Fontan-Kreutzer stage through the use of fluid dynamics analysis. Methods: Two patients with a single ventricle and complex anatomy were studied and underwent pre-surgical planning by modeling in three dimensions (3D) the digital shape of the anatomic segmentation through the DICOM format of the contrast-enhanced axial computed tomography. Then, the model of the virtual surgery was performed to apply computational fluid dynamics to the chosen surgical technique, in order to evaluate the balanced distribution of hepatic venous flow to the lungs. Results: Computational fluid dynamics applied in the different proposed surgical techniques to complete the total cavopulmonary connection in the Fontan-Kreutzer stage predicted a distribution of 60% to 65% hepatic venous flow to the right pulmonary artery and 35% to 40% to the left pulmonary artery. Conclusions: The 3D reconstruction methodology of each patient’s anatomy combined with computational fluid dynamics modeling obtained by the present interdisciplinary group, allowed developing different surgical scenarios specific to the patients under study. The physics approach of a medical problem has allowed favorable results and constitutes a systematic method towards the application of precision medicine. This personalization has the advantages of studying in advance the anatomy of the patients in virtual form, essential for proposing different surgical scenarios and optimizing surgical times. The evaluation of physiological quantities for different scenarios by means of simulation, enabled the approximation of hepatic venous flow distribution to both lungs, determining which strategy minimizes or avoids fistula formation in the patient. This has a direct impact on the improvement of long-term outcomes after completing the total cavopulmonary connection at the Fontan-Kreutzer stage.