DISEÑO Y ELABORACIÓN DE DISPOSITIVO OCLUSOR
CARDIOVASCULAR CON NITINOL
CAROLINA VALLECILLA ERAZO
MAESTRÍA EN CIENCIAS BIOMÉDICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA, FACULTAD DE CIENCIAS
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, FACULTADE DE MEDICINA UNIVERSIDAD DEL ROSARIO
BOGOTÁ, D.C.
ENERO DE 2006
DISEÑO Y ELABORACIÓN DE DISPOSITIVO OCLUSOR
CARDIOVASCULAR CON NITINOL
CAROLINA VALLECILLA ERAZO
Proyecto de grado para optar al título de Magíster en Ciencias Biomédicas
Asesor: Juan Carlos Briceño Triana PhD.
Co-Asesor: Alberto García, MD. Fundación Cardio Infantil
MAESTRÍA EN CIENCIAS BIOMÉDICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA, FACULTAD DE CIENCIAS
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, FACULTADE DE MEDICINA UNIVERSIDAD DEL ROSARIO
BOGOTÁ, D.C.
ENERO DE 2006
RESUMEN
En este trabajo de grado se diseñó y fabricó un dispositivo oclusor
cardiovascular con una aleación de memoria de forma (NiTinol) y su sistema de
liberación para cierre del Ductus Arterioso Persistente (DAP). Para lograr lo anterior se cumplieron una serie de objetivos tales como la determinación de
las variables más importantes para la construcción del dispositivo mediante
pruebas mecánicas en laboratorio, estableciendo un método para la obtención
de memorias de forma.
Se realizaron pruebas in vitro para corroborar la eficacia del sistema de
liberación obteniendo liberación exitosa en el 100% de los casos. Adicionalmente se realizaron pruebas in vitro en un simulador de flujo con en
donde se modeló un circuito del corazón humano y se cuantificó el flujo a
través del ductus midiendo el porcentaje de obstrucción del dispositivo.
Se implantó el dispositivo en un modelo animal con bovino neonato. Los
resultados de estas pruebas indican que después de 40 días de implantado el
dispositivo hay epitelización del DAP y cierre casi completo del defecto.
Finalmente se elaboró y radicó el documento técnico de patente con la
implementación de políticas sobre la propiedad intelectual e industrial de un
dispositivo oclusor cardiovascular con Nitinol para cierre de DAP.
INTRODUCCIÓN
Un sistema oclusor es un dispositivo que impide el paso del flujo sanguíneo a
través de algún orificio del sistema cardiovascular. Los sistemas oclusores se
implantan por medio de cateterismo y un sistema de liberación. Se utiliza frecuentemente para solución de cardiopatías congénitas como el
Ductus Arterioso Persistente (DAP). El DAP es una comunicación entre la
arteria pulmonar y la aorta que permite la correcta circulación de sangre por el
cuerpo del feto en donde los pulmones son afuncionales.
El desarrollo de los materiales usados en medicina se ha logrado teniendo en
cuenta sus propiedades elásticas y de biocompatbilidad. El Nitinol es una
aleación de Níquel y Titanio, ampliamente conocida por sus propiedades súper elásticas y sus formas de memoria térmica. El Nitinol (Nickel Titanium Naval
Ordinance Laboratory) ha sido caso de estudio y desarrollo para aplicaciones
médicas desde principios de los años 70 [1].
A mi papá por su ejem plo de
amor y bondad
Agradecim ientos
A Juan Carlos por su confianza y su apoyo incondicional A Ana por todo su apoyo y amistad
A Alberto García por sus enseñanzas
A las personas del Laboratorio de Mecánica por su colaboración incondicional:
Don Luis, Don Mateo, Pili, Ramiro y Jorge
A Miller, Fernández y Julián por su colaboración
A Angel por su colaboración en el laboratorio de química
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN INTRODUCCIÓN
1. OBJETIVOS 1 1.1 Objetivo general 1 1.2 Objetivos específicos 1 2. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE 2.1 Ductus Aerterioso Persistente (DAP) 2 2.1.1 Complicaciones del DAP 3 2.1.2 Manejo actual del DAP 4 2.2 Nitinol 2.2.1 Historia del Nitinol 5 2.2.2 Características de memoria de forma y estructura molecular del Nitinol 5 2.2.3 Aplicaciones del Nitinol en la industria médica 7 2.3 Dispositivos Oclusores 2.3.1 Tipos de dispositivos oclusores para cierre de DAP 8 2.3.2 Ventajas y desventajas en el uso de dispositivos oclusores de DAP 9 2.4 Propiedad Intelectual 10 2.4.1 Derechos de autor y propiedad industrial 11 2.4.2 Patentes 11 3. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN DISPOSITIVO OCLUSOR CON NITINOL PARA EL CIERRE DEL DAP 3.1 Diseño del dispositivo 14 3.1.1 Cómo actúa el dispositivo 16 3.2 Sistema de liberación 16 3.3 Proceso de fabricación 17 3.4 Caracterización y estandarización del proceso de fabricación del dispositivo 19 3.4.1 Ensayos de laboratorio para establecer una metodología de obtención de memoria de forma y templado del material 20 3.5 Modelo In Vitro del sistema de liberación del dispositivo 22 3.6 Experimentación In Vivo 24 3.7 Elaboración del documento técnico de patente 26 3.8 Proyecto especial. modelo In Vitro del flujo a través del DAP y análisis por elementos finitos de un dispositivo oclusor en el Ductus Arterioso Persistente 35 3.8.1 Modelo de dos piezas cilíndricas ensambladas por ajuste a presión 36 3.8.2 Ensayo de laboratorio en un simulador de flujo del DAP obstruido por un coil 40 3.8.3 Modelación por elementos finitos del coil obstruyendo el DAP 43
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE DATOS 45 5. CONCLUSIONES 51
6. BIBLIOGRAFIA 53
ANEXO. Figuras del documento de Patente 56
1
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Diseñar y fabricar un dispositivo de oclusión cardiovascular con Nitinol.
1.2 Objetivos Específicos
• Diseñar un dispositivo oclusor inicialmente para cierre de DAP.
• Determinar las variables más importantes para la obtención de formas con
memoria para Nitinol, tales como temperatura (T) y tiempo (t) de moldeado,
y constante de rigidez del dispositivo después de templado (k).
• Establecer un método para la obtención de dichas formas con memoria
• Construir el prototipo y su sistema de liberación.
• Realizar pruebas in vitro para verificar la efectividad de la implantación y del
sistema de liberación del dispositivo, opcionalmente se harán pruebas in
vivo.
• Elaborar el documento técnico de la patente y su radicación, junto con la
implementación de políticas sobre la propiedad intelectual e industrial de un
dispositivo oclusor cardiovascular con Nitinol para cierre de DAP.
2
2. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE
2.1 Ductus Arterioso Persistente (DAP)
El ductus arterioso es una comunicación vascular fisiológica entre la aorta y la
arteria pulmonar durante la vida fetal (figura1). Luego del nacimiento y en
condiciones normales, este ductus arterioso se cierra permitiendo el flujo
sanguíneo a través de la arteria pulmonar hacia los pulmones haciendo que allí
se oxigene la sangre. Adquiere el nombre de ductus arterioso persistente
(DAP) cuando permanece permeable durante la vida extrauterina [2]. El DAP
corresponde a cerca del 10% de las cardiopatías congénitas, particularmente
frecuente en los recién nacidos prematuros [3].
Figura 1. Flujo a través del DAP. Cortesía Julián Arias.
Cuando el ductus arterioso no se cierra después del nacimiento produce
complicaciones patológicas importantes. Estas complicaciones del PDA están
relacionadas con su tamaño y con la relación entre las resistencias sistémica y
pulmonar.
3
El DAP puede persistir en una gran variedad de formas y tamaños. El DAP
clásico tiene una forma cónica, con su diámetro mayor en el extremo aórtico y
su diámetro menor en el extremo pulmonar. El cono puede ser largo o corto, y
puede ser simétrico o asimétrico. La longitud del conducto, independiente de
su ancho y forma, varía entre 3 mm y 15 mm.
2.1.1 Complicaciones del DAP
Las principales complicaciones del DAP son: el desarrollo de insuficiencia
cardiaca congestiva, hipertensión y edema pulmonar, infecciones respiratorias
endocarditis infecciosa y síndrome de Eisenmenger [4].
La insuficiencia cardiaca usualmente ocurre en niños con DAP de diámetros
grandes, secundario a la sobrecarga volumétrica de la aurícula y ventrículo
izquierdos.
En presencia de un DAP de gran diámetro se produce un cortocircuito de
izquierda a derecha aumentando el volumen diastólico del ventrículo izquierdo,
produciendo un aumento en su presión y llevando a un aumento retrógrado de
la presión venocapilar pulmonar (hipertensión pulmonar) que posteriormente
puede provocar edema pulmonar. El aumento del flujo de las cavidades
izquierdas del corazón produce a largo plazo hipertrofia ventricular seguida de
distensión y dilatación del ventrículo izquierdo, y finalmente daño del sistema
de bomba del corazón [5].
La hipertensión pulmonar es una de las complicaciones más severas del DAP.
Se produce por daño del endotelio de las arteriolas pulmonares con
destrucción del lecho vascular pulmonar, este daño es irreversible. Las
infecciones respiratorias son frecuentes y son causa común de importante
morbilidad y mortalidad. Se presentan por el aumento de las secreciones
respiratorias pudiendo desencadenar neumonías o infecciones de las vías
aéreas superiores.
4
La endocarditis bacteriana es la infección microbiana del recubrimiento
endotelial del corazón apareciendo una especie de vegetación en una válvula
cardiaca [4] y ocurre cuando por acción del flujo turbulento (secundario al paso
de la sangre de una zona de alta presión a una zona de baja presión) se
producen daños en el endotelio vascular. En este caso gérmenes presentes en
la sangre pueden adherirse y multiplicarse en dichas zonas provocando la
infección. Los pacientes con alteraciones cardiacas o de grandes vasos tienen
mayor probabilidad de padecer endocarditis bacteriana [5].
2.1.2 Manejo actual del DAP
El tratamiento actual del DAP depende básicamente de la magnitud de su
diámetro menor. Si su diámetro menor es igual o menor a 4mm, el paciente
con DAP es opcionado a cierre por cateterismo, de lo contrario se recomienda
cirugía para su cierre.
El cierre de ductus por cateterismo es un procedimiento relativamente sencillo,
con escasa morbilidad y mortalidad. Cuando el diámetro del defecto es menor
de 2.5 mm se cierra generalmente con coils de Gianturco®. Cuando el ductus
es de mayor diámetro puede utilizarse el coil de pfm (Dutch Occlud®) hasta los
4 mm. En algunas ocasiones se necesita más de un dispositivo para el cierre
total del defecto o el oclusor PDA Amplatzer®, con el que pueden ocluirse
ductus de cualquier tamaño [6]. Aunque ha demostrado buenos resultados se
necesita un seguimiento a largo plazo para evidenciar la permanencia en el
tiempo de los beneficios terapéuticos del dispositivo y para evaluar posibles
efectos secundarios [7].
La Administración de Alimentos y Medicamentos de Los Estados Unidos (FDA
por sus siglas en inglés) ha aprobado el uso del dispositivo de oclusión de
Griftka-Gianturco. Sin embargo la implicaciones técnicas necesarias para su
5
uso (utilización de introductores de alto perfil, 8 Fr) han hecho que su empleo
haya sido limitado [2].
2.2 NiTinol
2.2.1 Historia del Nitinol Las aleaciones de memoria de forma son capaces de recordar su tamaño y
forma originales después de haber sufrido un proceso de deformación siendo
incluso capaces de volver a dicha configuración inicial a una temperatura
determinada. Esta característica denominada efecto de memoria de forma fue
por primera vez observada en 1932 en componentes de cadmio-oro y en 1938
en aleaciones de cobre-zinc [8].
En 1962 se descubre el Nitinol. Su nombre representa los elementos que lo
componen, Ni y Ti (Níquel y Titanio) y el sufijo “nol” del Naval Ordinance
Laboratory en donde fue descubierto. El Níquel y el Titanio están casi en igual
proporción (Niquel 55 % en peso). Los dos términos más comunes para definir
este material son super elasticidad y memoria de forma [9].
2.2.2 Características de memoria de forma y estructura molecular del Nitinol.
El Nitinol es una aleación con memoria de forma. Esto quiere decir que el
material tiene la propiedad de “recordar” una forma dada previamente por
moldeado a temperatura, aun cuando se someta a diferentes tipos de
deformación o esfuerzos. Las propiedades del Nitinol dependen de la
sensitividad de su estructura cristalina al calentamiento. Su estructura
molecular es también sensitiva a los esfuerzos externos causado por doblar o
dar una forma determinada al material. El movimiento físico del Nitinol se
atribuye a su reestructuración molecular interna. Es por eso que es ideal para
implantes quirúrgicos, una vez adquirida la forma deseada, permitiendo ser
implantado en lugares de difícil acceso, por medio de cateterismo, realizando
intervenciones mínimanmente invasivas.
6
El Nitinol tiene tres fases diferentes de temperatura:
Fase Martensítica: fase de baja temperatura, su estructura cristalina es
alineada y cúbica. En esta fase el material puede manipularse fácilmente, en
este momento se puede adaptar el material a la forma deseada, deformando la
estructura cristalina de la aleación generando esfuerzos internos.
Fase austenítica: La temperatura está por encima de la temperatura de
transición. El movimiento generado en esta fase es causado por el retorno de
la estructura cristalina al estado no-esfuerzos (forma cúbica). La temperatura
exacta de transición varía dependiendo de la composición de la aleación.
Aleaciones comerciales generalmente tienen temperaturas de transición que
oscilan entre 70° y 100° C.
Fase de Templado: Fase de alta temperatura. La aleación reorienta su
estructura cúbica cristalina para recordar su forma actual. Esta temperatura es
aproximadamente 540° C [9].
Figura 2. Funcionamiento básico de una aleación de forma. Tomado de [8].
7
En la figura 2 se muestra el proceso de enfriamiento, deformación y
calentamiento de una aleación de memoria de forma para recuperar su forma
inicial. En (a) se muestra la estructura del cristal original, según se produce el
enfriamiento la austenita se va transformado en martensita hasta alcanzar la
temperatura Mf en la que toda la austenita se ha convertido en martensita (b).
A temperaturas inferiores a Mf se pueden producir procesos de deformación (c)
y (d) de forma que calentando se va convirtiendo martensita en austenita de
manera que una vez alcanzada la temperatura en la cual se ha convertido toda
la martensita en austenita, Af, el material recupera su forma inicial.
Además, si el material ha sido apropiadamente diseñado la transformación
puede ser completamente reversible y reproducible. Aunque la transformación
es extremadamente rápida la frecuencia del sistema está limitada por las
constantes de tiempo asociada al proceso térmico. Dado que la aleación de
forma tiene una elevada conductividad eléctrica y los cables presentan
pequeña sección transversal permiten que la disipación eléctrica se emplee
para calentar la aleación y producir la transformación de fase al hacer pasar
una corriente eléctrica [8].
2.2.3 Aplicaciones del Nitinol en al industria médica
La extensa lista de aplicaciones médicas del Nitinol es una clara indicación de
que las propiedades de este material son igualmente aplicables para usos
ortopédicos, cardiovasculares y para cirugía reconstructiva de tejidos blandos.
Su efecto de memoria de forma y super elasticidad exitosamente empleados
en implantes quirúrgicos, herramientas y dispositivos son las características
que hacen al Nitinol superior a las aleaciones médicas tradicionales. La
resistencia a la corrosión y su biocompatibilidad se basan en sus condiciones
de superficie, al igual que el titanio y el acero inoxidable [10].
El Nitinol se usa también en la fabricación de guías de cateterismo, stents,
filtros, sistemas de soporte, ganchos para marcación de tumores en las mamas
8
además de muchos otros artículos para procedimientos mínimamente
invasivos y endoscópicos.
2.3 Dispositivos oclusores
Un sistema oclusor es un dispositivo que impide el paso del flujo sanguíneo a
través de algún orificio o ducto anormal del sistema cardiovascular.
Este sistema que se utiliza frecuentemente para solución de cardiopatías
congénitas como Foramen Oval Permeable (FOP) y Ductus Arterioso
Persistente (DAP), se implanta por medio de cateterismo y un sistema de
liberación específico.
Un dispositivo ideal para el cierre de este tipo de defectos debe cumplir los
siguientes objetivos [11]:
• Su método de implantación y liberación debe ser sencillo para que pueda
ser utilizado por cualquier grupo entrenado en cateterismo y procedimientos
terapéuticos en cardiopatías congénitas.
• Debe poder extraerse o reposicionarse por el mismo método en caso de
que su colocación no sea la correcta.
• Se debe obtener el cierre completo del orificio o ducto evitando cortos
circuitos.
• Debe tener la posibilidad de adaptarse a orificios o ductos de diversos
diámetros para que pueda ser implantado en diversos tipos de pacientes.
• Su uso debe ser viable económicamente para la población afectada.
2.3.1 Tipos de dispositivos oclusores para cierre de DAP
Existen diversos tipos de dispositivos para cierre de DAP entre ellos se encuentran
el dispositivo Amplatzer® (figura 3), el coil de Gianturco® (figura 4) y el pfm®
(dutch occluder). El uso de un dispositivo oclusor es recomendado como
alternativo a cirugía. Hasta el momento miles de pacientes alrededor del mundo se
han sometido a cierre de DAP por cateterismo usando este tipo de dispositivos.
9
Figura 3. Dispositivo Amplatzer® ocluyendo el DAP, tomado de [7].
Figura 4. Coil de Gianturco® para oclusión del DAP, tomado de http://fig.cox.miami.edu
2.3.2 Ventajas y desventajas en el uso de dispositivos oclusores de DAP.
En estudios realizados en los últimos años [12], en donde los coils y otros
dispositivos de oclusión vascular fueron evaluados respecto a su eficacia
(cierre completo del DAP y la necesidad de re-oclusión) y seguridad (tasa de
embolización, otras complicaciones incluyendo hemólisis, estenosis de la
arteria pulmonar izquierda y coartación) se concluye que estos dispositivos son
10
una alternativa económica para el cierre de DAP con diámetros pequeños y
moderados (de 4 a 5mm de diámetro), tiene una alta tasa de oclusión completa
y una tasa aceptable de seguridad. Las desventajas incluyen tasas moderadas
de embolización y hemólisis en pacientes con corto circuito residual después
de la oclusión en PDA largos. Cuando se usó más de un coil para la oclusión,
el potencial de estenosis de la arteria pulmonar izquierda fue alto.
2.4 Propiedad Intelectual
Se entiende como propiedad intelectual el derecho a gozar y disponer, con
exclusividad, de un bien intelectual. Esta denominación cubre los aspectos
relacionados con los derechos asociados a la propiedad de los productos
derivados de la actividad intelectual. Estos aspectos se refieren a temas como
la protección, la duración, la negociación y las implicaciones en áreas
relacionadas con la producción y la utilización de esos bienes intangibles.
Los derechos de los titulares de la propiedad intelectual están dentro de lo que
se conoce como derechos morales y patrimoniales.
Los derechos morales son aquellos que están relacionados principalmente con
los derechos de autor, es decir el derecho que tiene la persona que hace la
invención a que su nombre sea indicado en las reproducciones de su obra y a
oponerse a modificaciones. Los derechos morales son irrenunciables,
inalienables y se mantienen a perpetuidad.
Los derechos patrimoniales se relacionan principalmente con el
aprovechamiento económico del producto a la participación de terceros en
dichos beneficios y a tiempo de duración de los mismos [13].
11
2.4.1 Derechos de autor y propiedad industrial
En los casos de invenciones y similares (patentes, registro de diseño, etc.) el
objeto de los derechos tiene amparo legal si la obra, además de cumplir otros
requisitos, está destinada a la solución de un problema técnico o de una
necesidad práctica y es susceptible de ser aplicada industrialmente.
La propiedad industrial se ocupa de la protección legal de productos o proceso
que tengan aplicación industrial o comercial y que sean novedosos.
Por la gran variedad de productos y procesos relacionados con la propiedad
industrial, se han creado diversas formas de protección para los mismos: las
patentes, ente las cuales están las patentes de invención y las patentes de
utilidad [14].
2.4.2 Patentes
La patente de Invención o de Modelo de Utilidad es un certificado que otorga el
Gobierno, donde se reconoce que se ha realizado una invención y que
pertenece a una persona en exclusiva, el titular de la patente; dándole por un
tiempo limitado el derecho exclusivo de impedir que sin su consentimiento
terceras personas utilicen o exploten su invención.
El solicitante puede ser una persona natural o una persona jurídica.
Pueden ser objeto de Patente de Invención los productos (sustancias,
composiciones, compuestos, aparatos, dispositivos, instrumentos) y los
procedimientos en todos los campos de la tecnología, siempre que sean
nuevos, tengan nivel inventivo y sean susceptibles de aplicación industrial.
(Artículo 14 Decisión 486 de la Comisión de la Comunidad Andina).
Como patente de Modelo de Utilidad puede ser objeto toda nueva forma o
configuración o disposición de elementos de algún artefacto, herramienta,
12
mecanismo, aparato, o alguna parte de los mismos, que permita un mejor o
diferente funcionamiento, utilización o fabricación del objeto que le incorpore o
que le proporcione alguna utilidad, ventaja o efecto técnico que antes no tenía.
(Artículo 81 Decisión 486 de la Comunidad Andina).
La patente de Invención tiene un plazo de duración de 20 años contados a
partir de la fecha de presentación de la solicitud en el respectivo país miembro.
(Artículo 50 Decisión 486 de la Comunidad Andina).
La patente de modelo de utilidad tiene un plazo de duración de 10 años
contados a partir de la fecha de presentación de la solicitud en el respectivo
país miembro. (Artículo 84, Decisión 486 de la Comunidad Andina).
Una vez haya expirado este término la invención es de dominio público y
cualquier persona puede utilizarla libremente.
Para que una invención pueda ser objeto de patente debe reunir los requisitos
de:
Novedad: una invención se considerará nueva cuando no está comprendida en
el estado de la técnica. El estado de la técnica comprenderá todo lo que haya
sido accesible al público por una descripción escrita u oral, utilización,
comercialización o cualquier otro medio antes de la fecha de presentación de
la solicitud de patente o, en su caso, de la prioridad reconocida.
Sólo para el efecto de la determinación de la novedad, también se considerará
dentro del estado de la técnica, el contenido de una solicitud de patente en
trámite ante la oficina nacional competente, cuya fecha de presentación o de
prioridad fuese anterior a la fecha de presentación o de prioridad de la solicitud
de patente que se estuviese examinando, siempre que dicho contenido esté
incluido en la solicitud de fecha anterior cuando ella se publique o hubiese
transcurrido el plazo previsto en el artículo 40 de la Decisión 486 de la
13
Decisión Andina. (Artículo16 de la Decisión 486 de la Comunidad Andina).
Nivel Inventivo: se considerará que una invención tiene nivel inventivo, si para
una persona del oficio normalmente versada en la materia técnica
correspondiente, esa invención no hubiese resultado obvia ni se hubiese
derivado de manera evidente del estado de la técnica. (Artículo 18, Decisión
486 de la Comunidad Andina).
Aplicación Industrial: se considerará que una invención es susceptible de
aplicación industrial, cuando su objeto pueda ser producido o utilizado en
cualquier tipo de industria, entendiéndose por industria la referida a cualquier
actividad productiva, incluidos los servicios. (Artículo 19, Decisión 486 de la
Comunidad Andina) [14].
Documento de patente
Los Documentos de Patentes contienen descripciones de conceptos científicos
y técnicos así como detalles prácticos de procesos y aparatos. Los
documentos de patentes transmiten la información más reciente y en general
tienen la estructura uniforme donde se encuentra en sustancia lo que es
nuevo, indicándonos lo que se conocía antes de que la invención fuera hecha,
es decir el "estado de la técnica", establece la diferencia entre la tecnología
anterior y lo que la invención aporta como novedad y como avance a la
tecnología, así estos documentos son fuentes de información tecnológica no
solamente sobre lo nuevo sino también sobre lo que ya se conoce Estado de la
Técnica [14].
El documento de patente contiene:
• Título: nombre técnico de la invención.
14
• Resumen: permite hacerse una idea general del contenido del documento y
conocer en poco tiempo si corresponde al tema buscado.
• Descripción: indica cuales son los antecedentes de la invención, establece
la diferencia con la tecnología anterior y lo que la invención aporta como
novedad y avance de la técnica, nos indica además la mejor forma de
realizar la invención. En muchos casos por la naturaleza de la invención se
hace necesario anexar dibujos o figuras para hacer más clara la
descripción.
• Reivindicaciones: es donde en forma muy precisa el inventor indica lo
nuevo que está aportando a la tecnología, lo que reclama para él.
Además de esta información técnica, el documento patente contiene otros
datos que son de igual manera de gran importancia bibliográfica, tales como:
• Número de la solicitud.
• Fecha de presentación.
• Fecha de publicación.
• Nombre del solicitante.
• Nombre del inventor.
• Clasificación Internacional
3. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN DISPOSITIVO
OCLUSOR CON NITINOL PARA EL CIERRE DEL DAP
3.1 Diseño del dispositivo
Este es un dispositivo oclusor con Nitinol que se puede implantar por cateterismo
para cierre de Ductus Arterioso Persistente de calibres mayores o iguales a 4 mm.
Consiste en una doble espiral en forma de doble cono (figura 5), la primera espiral
tiene un diámetro externo de 0,08 mm., la espiral de doble cono con extremo distal
que va posicionado en el lado pulmonar del DAP y un extremo proximal que va
posicionado en el lado aórtico del DAP, a este extremo va unida una rosca del
15
mismo material de diámetro 1.31 mm que va unida al sistema de liberación. En
total el dispositivo cuenta con 4 anillos en cada extremo que se reducen hasta
encontrarse en un anillo central, en total 9 anillos como lo indica la figura 5.
Figura 5. Diseño de doble cono del dispositivo oclusor vascular con Nitinol para cierre de DAP.
Los diámetros externos de los extremos y del anillo central del dispositivo, varían
según el diámetro interno del DAP. Se han estandarizado tres dimensiones
aplicables a tres diámetros típicos de DAP. Esto se explica en la tabla a
continuación.
diámetros [mm] DAP extremo dispositivo anil lo central 4 8 3 5 10 4 7 14 6
Tabla 1. Diámetros del dispositivo respecto a los diámetros del DAP.
16
3.1.1 Cómo actúa el dispositivo
El dispositivo debe cumplir la función de ocluir el DAP completamente, el proceso
de oclusión empieza cuando el flujo que pasa a través del ductus es turbulento
favoreciendo a la agregación plaquetaria y finalmente a la formación del trombo,
posteriormente los tejidos circundantes se fibrosan y empieza la epitelización del
DAP en sus extremos pulmonar y aortico cerrando el ductus definitivamente.
3.2 Sistema de liberación
Se ha implementado un sistema de liberación que combina algunas de las
metodologías e instrumentos utilizados en la práctica médica para la implantación
de coils de oclusión.
El sistema de liberación consiste en una guía de 0,8 mm con un resorte de
diámetro 0,5 mm en su extremo distal, dentro de esta guía pasa otra de diámetro
0,254 mm. que va insertada dentro del dispositivo hasta una longitud de 6cm y el
dispositivo va roscado a la guía de 0,08 mm en el extremo distal de esta como
muestra la figura 6. El sistema de liberación junto con el dispositivo va dentro de
un catéter convencional 6 fr., que permite llevar el conjunto hasta el lugar de
implantación. (figura 7).
Figura 6. Dispositivo unido al sistema de liberación
Guía 0,01 mm dispositivo
Guía 0,08 mm
17
Figura 7. dispositivo y sistema de liberación dentro de un catéter 6 fr.
3.3 Proceso de fabricación
En un taller especializado en resortes, se logra la primera espiral de Nitinol de
diámetro aproximado 0.8 mm. (figura 8), esta primera espiral se enrolla con una
guía de cobre para darle la forma deseada. Para que el dispositivo obtenga la
memoria de forma requerida para la implantación, el nitinol requiere un tratamiento
térmico de alta temperatura y otro de templado a bajas temperaturas. Se lleva a la
mufla de alta temperatura para que obtenga la memoria de forma (figura 9 y 10).
Figura 8. Primera espiral de Nitinol
18
Figura 9. Dispositivo dentro de la mufla para el tratamiento de alta temperatura.
Figura 10. Mufla de alta temperatura. Laboratorio de Ingeniería Mecánica. Universidad de los
Andes.
El dispositivo se lleva a una temperatura superior a 540º C, por encima de la cual
el material cambia su estructura molecular a una más estable para “recordar” la
forma adquirida. Inmediatamente el dispositivo sale del horno es templado con un
baño de sales (Nitrito de Sodio y Nitrato de Potasio), enfriado con nitrógeno líquido
a (-168º C aproximadamente). Con este proceso, el baño de sales alcanza una
temperatura aproximada de -21º ± 2º C sin llegar a congelarse (figura 11).
19
Figura 11. Baño de sales para el templado del dispositivo. Nitrito de Sodio y Nitrato de potasio.
3.4 Caracterización y estandarización del proceso de fabricación del
dispositivo.
Existen varias alternativas para el proceso de fabricación del dispositivo en cuanto
al proceso de darle la memoria de forma al material. Según lo reportado en la
literatura [9] la temperatura de transformación del material debe ser mayor a
540ºC para que el material pueda recordar una forma dada, no está reportado
cuanto tiempo después que el material alcanza esta temperatura debe
permanecer bajo ella. La temperatura de transición del material depende de la
composición de la aleación cambiando su temperatura de transición
dramáticamente con un cambio del 1% en su composición. El Nitinol utilizado en la
industria médica generalmente tiene una composición 55% Ni, 45% Ti, estas son
las características del material que estamos usando.
Para la fase de templado existen diversas maneras de tener una temperatura baja
para templar el material, una de ellas es sumergir el material en una composición
de nitrito de sodio y nitrato de potasio en agua la cual se lleva a una temperatura
aproximadamente de -22º C sumergiéndola en nitrógeno líquido el cual se
encuentra a -168º C. Otra manera es poniendo el baño de sales en una nevera
20
con hielo seco, con este sistema la mezcla alcanza una temperatura aproximada
de -13º C, y la otra forma de templar es con agua a temperatura ambiente (17º C).
Cualquiera de estos métodos es efectivo para el templado del material, pero es de
gran interés estudiar cuál es el más apropiado para dar mayor rigidez al
dispositivo o si no existe diferencia significativa sobre el efecto que estos procesos
puedan tener sobre la rigidez del dispositivo.
3.4.1 Ensayos de laboratorio para establecer una metodología de obtención
de memoria de forma y templado del material
El objetivo de este estudio fue comparar con una herramienta estadística los
diferentes procesos que se pueden emplear en la fabricación del dispositivo y el
efecto en su rigidez.
Se establecieron tres tratamientos de templado con dos rangos de temperatura a
dos tiempos diferentes de permanencia en la mufla como lo muestra la tabla 2.
Las variables se organizaron en dos grupos: templado y temperatura, para realizar
una análisis de varianza ANOVA de dos vías y establecer si existía diferencia en
significativa entre los tratamientos.
El dispositivo se modeló como un resorte de doble hélice pero de sección
constante para facilitar la toma de muestras. La rigidez del resorte se midió
calculando la constante k de los resortes sometidos a los diferentes procesos de
temperatura y templado, sacando las medias de cada muestra y comparándolas
con la herramienta estadística mencionada anteriormente. Adicionalmente se
graficaron las interacciones de los tratamientos y su respuesta con la constante
del resorte.
Se formula entonces la pregunta de investigación:
21
¿Existe diferencia significativa entre las medias de constante del resorte debido a
los tratamientos de templado y moldeado a diferentes rangos de temperatura?
La tabla 2 muestra las combinaciones que se hicieron de temperatura, tiempo a
alta temperatura y templado para los dispositivos.
La constante del resorte se midió utilizando la fórmula para resortes:
)(* xkF Δ=
En donde F es la fuerza aplicada al resorte para medir la elongación xΔ , k es la
constante del resorte. A mayor número de de k el resorte se resiste a alongarse a
una fuerza dada, es decir es más rígido.
Se procesaron 55 resortes distribuidos de la siguiente manera:
# de muestras 600ºC/20min 600ºC/40min 650ºC/20min 650º/40min Nitrógeno 4 6 6 4 Hielo seco 5 6 4 4 Agua 4 4 4 4
Tabla 2. Número de muestras para cada tratamiento
El número de muestras estuvo limitado por la cantidad de material disponible.
Se graficó la fuerza aplicada (F) en Newton (N) versus la elongación ( xΔ ). La
pendiente de la gráfica representa la constante del resorte. Los valores se
obtuvieron graficando en Excel, linealizando la gráfica y sacando la ecuación
respectiva para hallar la pendiente.
Para responder a la pregunta de investigación se realizó un análisis de varianza
ANOVA de dos vías entre los tratamientos que en este caso eran los diferentes
tratamientos de temperatura y los tratamientos de templado. El análisis estadístico
se hizo con el programa Minitab.
22
El programa busca encontrar si los resultados de respuesta en este caso las
medias de las constantes de los resortes encontradas en el laboratorio son iguales
o equivalentes para encontrar si hay o no evidencia significativa de interacción
entre los tratamientos que afecten los resultados esperados.
3.5 Modelo In Vitro del sistema de liberación del dispositivo.
Como ya se ha explicado anteriormente el sistema de liberación del dispositivo
consiste en una guía de 0,8 mm con un resorte de diámetro 0,5 mm en su extremo
distal, dentro de esta guía pasa otra de diámetro 0,254 mm. que va insertada
dentro del dispositivo hasta una longitud de 6 cm. y el dispositivo va roscado a la
guía de 0,8 mm en el extremo distal de esta como muestra la figura 6. El sistema
de liberación junto con el dispositivo va dentro de un catéter convencional 6 fr.,
que permite llevar el conjunto hasta el lugar de implantación. (figura 7).
Para probar el sistema de liberación se simuló un conducto con dimensiones
similares a las de un DAP real. Es un conducto de látex con una parte cónica con
diámetro menor de 4 mm que sería el lado pulmonar del DAP y un diámetro mayor
de 6 mm simulando el lado aórtico del DAP (figura 12).
Figura 12. Conducto de látex simulando la geometría del DAP.
Lado pulmonar
Lado aórtico
23
Con el sistema de liberación montado se introdujo el dispositivo hasta le zona del
ductus (figura 13) y se liberó poco a poco retirando la guía de 0,254 mm (figura 14)
y finalmente se liberó totalmente el dispositivo dando vuelta a la guía de 0,8 mm,
se realizó también el ejercicio de retraerlo dentro del catéter antes de liberarlo para
simular los casos en que el dispositivo queda mal posicionado.
Figura 13. Modelo In Vitro. Catéter dentro del DAP.
Figura 14. Modelo In Vitro. Proceso de liberación del coil.
Este procedimiento se realizó 30 veces en las cuales se obtuvo éxito total, es decir
que el sistema de liberación permitió introducir, posicionar y liberar correctamente
el dispositivo dentro del DAP en todos los casos (figura 15).
24
Figura 15. Modelo In Vitro. Coil l iberado dentro del DAP.
3.6 Experimentación In Vivo
Se realizó un experimento de implantación del dispositivo en un bovino neonato
que presentaba permeabilidad del ductus arterioso. El experimento se realizó en la
sala de cirugía experimental de la Fundación Cardio Infantil (FCI IC). El dispositivo
fue implantado por cateterismo por el Doctor Alberto García Cardiólogo Pediatra
de la FCI IC. La sedación y anestesia del animal estuvo a cargo del Doctor Omar
Solano Médico Veterinario de la Universidad de la Salle y se tuvo la participación y
colaboración de Ana Carolina Silva M.D y Juan Carlos Briceño PhD.
El modelo In Vivo es una adaptación del modelo creado para la evaluación del
Dispositivo Balón Coil (DBC) y realizado entre la Universidad de los Andes y la
Fundación Cardio Infantil Instituto de Cardiología (FCI IC) y COLCIENCIAS
(Proyecto 22390412673). [15]. Este modelo tendrá tres fases que son las
siguientes:
Actividades de preparación:
Adquisición de un bovino neonato idealmente con una edad entre 5 y15 horas.
Curación con solución de yodo y ligadura del cordón umbilical idealmente en el
momento de la adquisición del animal (finca lechera).
Administración de 1 a 2 litros de calostro tibio (37º C) dos horas antes de iniciar
el procedimiento. El calostro debe permanecer congelado hasta 12 horas antes
25
del procedimiento, momento en el cual se descongela exponiéndolo a
temperatura ambiente y se envasa en un tetero limpio.
Manufactura previa del dispositivo oclusor y preparación del mismo montado
en el sistema de liberación. Este dispositivo debe estar estéril.
Actividades de anestesia y cateterismo:
Sedación con xilaxine IM (0.2 ml/kg).
Canalización de vía venosa periférica y manutención de la misma con SSN
0.9% (500 cc a chorro antes de la punción arterial y mantenimiento 5 cc/kg/h).
Intubación oro-traqueal (No 7.5 - 8 ID mm).
Asistencia ventilatoria y suministro de oxígeno al 100% (procedimiento que se
mantiene durante todo el procedimiento).
Mantenimiento de la sedación con xilaxine IV (0.07 mg/kg) y ketamina IV (2.5
mg/kg).
Lavado del área de incisión.
Disección de paquete vascular en región inguinal.
Introducción de dilatadores, catéteres y guías.
Ubicación del DAP, evaluación de su permeabilidad y tamaño mediante
angiografía. Si el DAP no está permeable se retiran las guías, catéteres y
sistemas de dilatación.
Se liga la arteria. Se evalúa la hemostasia en el sitio de incisión. Se cierra por
planos.
Si el DAP está permeable se procede a realizar la dilatación del mismo durante
un minuto con un catéter de valvuloplastia pediátrica de 6 Fr.
Se realiza un nuevo angiograma para confirmar la dilatación y sus
dimensiones. Si el control angiográfico revela encogimiento en el orificio aórtico
o pulmonar, o si el diámetro menor del ductus es menor de 4 mm, debe
repetirse la angioplastia con balón, hasta conseguir el diámetro mínimo
deseado (mayor de 4 mm).
Una vez confirmada la dilatación del DAP al diámetro deseado se procede
durante el mismo procedimiento a la introducción del dispositivo oclusor de
26
Nitinol montado en el sistema de liberación. El dispositivo se posiciona en el
DAP y se libera.
Inmediatamente se realiza un angiograma del DAP para documentar el
posicionamiento del dispositivo y documentar existencia de posible flujo
residual.
Se lleva a cabo la extracción del resto de material del cateterismo. Se procede
a la ligadura vascular, revisión de la hemostasia, cierre por planos de la herida
quirúrgica y suspensión de la sedación.
Actividades post cateterismo:
El animal se traslada a la clínica veterinaria de la Universidad de la Salle (US)
en donde se evalúa clínicamente en los días 1, 2 y 4 después del cierre del
ductus.
Ocho semanas después de la implantación del dispositivo, se realiza bajo
sedación un segundo cateterismo por vía femoral y una angiografía, antes de
que el animal sea sacrificado y el bloque del ductus removido para su
evaluación patológica.
Mediante la necropsia se corrobora la correcta fijación del implante y cierre del
DAP. Las porciones aórticas y pulmonares del ductus son examinadas con
microscopio, en patología, para evaluar el crecimiento del epitelio y el cierre
total o parcial del DAP.
3.7 Elaboración del documento técnico de patente.
A continuación se presenta el documento técnico de la patente que se radicó ante
la Superintendencia de Industria y Comercio con la que se busca patentar el
dispositivo a nivel nacional e internacional, con el objetivo de continuar con los
requisitos para la aplicación clínica del dispositivo y posteriormente su
industrialización.
27
DESCRIPCIÓN DE LA CREACIÓN QUE SE PRETENDE PATENTAR COMO
MODELO DE UTILIDAD.
DISPOSITIVO DE OCLUSIÓN VASCULAR DE DOBLE CONO DE NITINOL
(DCN) PARA CIERRE DEL DUCTUS ARTERIOSO PERSISTENTE.
RESUMEN
Un sistema oclusor es un dispositivo que impide el paso del flujo sanguíneo a
través de algún orificio del sistema cardiovascular. Los sistemas oclusores se
implantan por medio de cateterismo y un sistema de liberación.
Se utiliza frecuentemente para solución de cardiopatías congénitas como el
Ductus Arterioso Persistente (DAP). El DAP es una comunicación entre la arteria
pulmonar y la aorta que permite la correcta circulación de sangre por el cuerpo del
feto en donde los pulmones son afuncionales. El DAP debe cerrarse en el período
neonatal pero en algunos casos no ocurre, generando anomalías de crecimiento,
insuficiencias cardíacas e hipertensión pulmonar entre muchas otras
enfermedades.
El dispositivo de oclusión vascular con Nitinol consiste en una doble espiral con
doble cono y fibras de dacrón a lo largo de la primera espiral cuyo diámetro menor
está en el centro del dispositivo (figura 1 del ANEXO) para generar la formación de
un trombo e impedir el paso del flujo a través del DAP una vez implantado.
El material utilizado para la fabricación del dispositivo es Nitinol, una aleación de
Níquel y Titanio, ha sido el material escogido por su amplio uso en materiales de
implementación médica.
El Nitinol es comúnmente conocido como el material de ingeniería en la industria
médica y gracias a sus propiedades elásticas y de memoria de forma, se puede
28
llevar a sitios anatómicos remotos a través de catéteres u otros sistemas de
introducción.
DESCRIPCIÓN
Antecedentes de la invención
El Grupo de Ingeniería Biomédica de la Universidad de los Andes (GIB UA) y el
Grupo de Cardiología Pediátrica de la Fundación Cardio Infantil Instituto de
Cardiología (FCI IC), llevan mas de 7 años trabajando en el diseño, manufactura y
evaluación In Vitro e In Vivo de dispositivos de oclusión cardiaca como del
Dispositivo Balón Coil para el cierre del DAP. En los últimos tres años se han
obtenido buenos resultados con este dispositivo en un modelo in Vitro e in vivo
para cierre del Ductus Arterioso Persistente (DAP) [1,2]. Estos resultados se
lograron gracias a la colaboración de las instituciones mencionadas y de
Colciencias (Proyecto 22390412673) [3] y le ha permitido a los grupos de
investigación adquirir, de una manera interdisciplinaria, una gran experiencia en
diseño y fabricación de dispositivos y el manejo de modelos In Vitro y e In Vivo
para la implantación de estos dispositivos cardiovasculares mediante técnicas de
cateterismo, en una sala de cirugía experimental que ha sido construida y
equipada con instrumentos de alta tecnología gracias a la financiación de las
entidades involucradas y a la trayectoria de los grupos de investigación.
Diferencia con la invención anterior
Existen diversos tipos de dispositivos para cierre de DAP entre ellos se encuentran
el dispositivo Amplatzer®, el coil de Gianturco® y el pfm® (dutch occluder). El uso
de un dispositivo oclusor es recomendado como una alternativa a cirugía. Hasta el
momento miles de pacientes alrededor del mundo se han sometido a cierre de
DAP por cateterismo usando este tipo de dispositivos. En estudios realizados en
los últimos años [4], en donde los coils y otros dispositivos de oclusión vascular
29
fueron evaluados respecto a su eficacia (cierre completo del DAP y la necesidad
de re-oclusión) y seguridad (tasa de embolización, otras complicaciones
incluyendo hemólisis, estenosis de la arteria pulmonar izquierda y coartación) se
concluye que estos dispositivos son una alternativa económica para el cierre de
DAP con diámetros pequeños y moderados (de 4 a 5mm de diámetro), tiene una
alta tasa de oclusión completa y una tasa aceptable de seguridad. Las desventajas
incluyen tasas moderadas de embolización y hemólisis en pacientes con corto
circuito residual después de la oclusión en PDA largos. Cuando se usó más de un
coil para la oclusión, el potencial de estenosis de la arteria pulmonar izquierda fue
alto.
El dispositivo de Balón Coil (DBC) consiste en un balón de diámetro graduable
montado sobre la porción distal de un catéter a través del cual pasa un coil
(resorte) que sobresale por sus dos extremos.
Una vez implantado y liberado el DBC, en el DAP, obstruye el flujo y favorece la
formación del trombo y la reendotelización de los extremos del DAP. La
manufactura del DBC se hace manualmente con la modificación de un catéter de
presión en cuña de uso comercial, las desventajas de este dispositivo es que su
manufactura es complicada y tiende a existir diferencia entre una fabricación y
otra, generando fallas en el proceso de implantación y en algunas ocasiones
embolización porque el balón se desinfla y el dispositivo pierde agarre en las
paredes del DAP.
Existe en curso una patente para el DBC, expediente 398776 radicada el 7 de
noviembre de 2003 en la Superintendencia de Industria y Comercio.
La diferencia con los dispositivos mencionados es que este nuevo dispositivo de
doble cono (DCN) será una sola pieza completamente de Nitinol, se espera que el
dispositivo ocluya completamente el DAP sin dejar corto circuito residual y ayude a
la epitelización de los extremos del ductus. Hasta el momento no se tiene datos
reportados de hemólisis producida con dispositivos fabricados con Nitinol.
30
El dispositivo consiste en una doble espiral con doble cono cuyo diámetro menor
está en el centro del dispositivo que tiene entre sus espirales fibras de dacrón.
Este diseño reemplazará el balón de látex para generar el trombo e impedir el
paso del flujo a través del DAP.
Aporte como novedad y avance de la técnica
El dispositivo que se implemente clínicamente será el resultado de un trabajo de
investigación interdisciplinario de varios años, tiene como novedad que la
geometría no ha sido implementada en otros dispositivos de oclusión para DAP y
que no existe la fabricación de dispositivos de oclusión vascular en Colombia.
Metodología para la realización de la invención Se trata de crear un dispositivo oclusor fabricado en Nitinol que se pueda
implantar por cateterismo para el cierre de Ductus Arterioso Persistente de
calibres mayores a 4mm diámetro mayor. Consiste en un alambre de Nitinol
doblado en una espiral de 0.8mm de diámetro. Esta espiral es a su vez doblada
para formar otra espiral en doble cono con sus vértices encontrados (figura 2 del
ANEXO), con un extremo distal que va posicionado en el lado pulmonar del DAP y
en un extremo proximal que va posicionado en el lado aórtico del DAP (figura 3 del
ANEXO), en total el dispositivo cuenta con 3 anillos en cada extremo que se
reducen hasta encontrarse en un anillo central, en total 7 anillos.
Los diámetros externos de los extremos y del anillo central del dispositivo, varían
según el diámetro interno del DAP. Se han estandarizado tres dimensiones
aplicables a tres diámetros típicos de DAP. Esto se explica en la tabla a
continuación.
31
diámetros [mm] DAP extremo dispositivo anil lo central 4 8 3 5 10 4 7 14 6
Tabla 1. Diámetros del dispositivo respecto a los diámetros del DAP.
Para que el dispositivo obtenga la memoria de forma requerida para la
implantación, el nitinol requiere un tratamiento térmico que se describirá a
continuación.
Se logra la primera espiral de Nitinol de diámetro aproximado 0.08 mm., esta
primera espiral se enrolla con una guía de cobre para darle la forma deseada y se
lleva a la mufla de alta temperatura para que obtenga la memoria de forma. El
dispositivo se lleva a una temperatura de 650º C, a esta temperatura el material
cambia su estructura molecular a una más estable para “recordar” la forma
adquirida. Inmediatamente el dispositivo sale del horno es templado con un baño
de sales (Nitrito de Sodio y Nitrato de Potasio), enfriado con nitrógeno líquido a
(-168º C). Con este proceso, el baño de sales alcanza una temperatura
aproximada de -22º ± 1º C sin llegar a congelarse.
Desarrollo del sistema de liberación del dispositivo
Se ha implementado un sistema de liberación que combina algunas de las
metodologías e instrumentos utilizados en la práctica médica para la implantación
de coils de oclusión.
El sistema de liberación consiste en una guía de 0,8 mm con un resorte de
diámetro 0,5 mm en su extremo distal, dentro de esta guía pasa otra de diámetro
0,01 in (0.254 mm) que va insertada dentro del dispositivo hasta una longitud de 6
cm. y el dispositivo va roscado a la guía de 0,8 mm en el extremo distal de esta. El
sistema de liberación junto con el dispositivo va dentro de un catéter convencional
6 fr., que permite llevar el conjunto hasta el lugar de implantación.
32
REIVINDICACIONES
1. Reivindicación independiente
Dispositivo de oclusión vascular de doble cono de Nitinol (DCN) para cierre del
Ductus Arterioso Persistente (DAP), mediante técnicas de cateterismo con dos
unidades, una liberable y otra posicionadora.
1.1 Reivindicación dependiente
Dispositivo de oclusión vascular con Nitinol para cierre del Ductus Arterioso
Persistente (DAP) según la reivindicación 1 caracterizado por un alambre de
Nitinol doblado en una espiral de 0.8mm de diámetro. Esta espiral es a su vez
doblada para formar otra espiral en doble cono con sus vértices encontrados
(figura 2), con un extremo distal que va posicionado en el lado pulmonar del DAP y
en un extremo proximal que va posicionado en el lado aórtico del DAP (figura 3 del
ANEXO), en total el dispositivo cuenta con 3 anillos en cada extremo que se
reducen hasta encontrarse en un anillo central, en total 7 anillos.
1.2 Reivindicación dependiente
Dispositivo de oclusión vascular de doble cono de Nitinol (DCN) para cierre del
Ductus Arterioso Persistente (DAP) según la reivindicación 1 caracterizado por
una unidad posicionadora que consiste en un resorte de Nitinol de diámetro 1mm y
longitud 1.5 cm. unido al dispositivo en su extremo proximal (figura 4 del ANEXO).
Esta unidad se enrosca a una guía posicionadora que se describe en la
reivindicación 1.3.
1.3 Reivindicación dependiente
Dispositivo de oclusión vascular con Nitinol para cierre del Ductus Arterioso
Persistente (DAP) según las reivindicaciones 1 y 1.2 caracterizado por una guía
posicionadora. La guía consiste en un alambre hueco de acero inoxidable con un
resorte del mismo material unido a su extremo distal (figura 5 del ANEXO). dentro
de esta guía pasa otra de diámetro 0,03 cm (0.254 mm) que va insertada dentro
33
del dispositivo hasta una longitud de 6 cm. y el resorte se empata en la unidad
posicionadora descrita en la reivindicación 1.2 (figura 6 del ANEXO). El conjunto
de dispositivo, unidad posicionadora y guía puede ser montado dentro de un
sistema introductor convencional e implantado mediante cateterismo permitiendo:
introducir, posicionar y liberar el DCN en el DAP.
2. Reivindicación Independiente
Proceso de fabricación del dispositivo de oclusión vascular con Nitinol para cierre
del Ductus Arterioso Persistente (DAP).
La primera espiral se logra envolviendo el alambre de Nitinol de 0.254mm
alrededor de un alambre de metal de diámetro 0.3mm para obtener la espiral de
0.8mm. A esta espiral se le introduce una guía de cobre y se le da forma de doble
cono como se muestra en la figura 6 adaptándolo a las dimensiones de la tabla 1.
El conjunto se lleva a la mufla de alta temperatura para que obtenga la memoria
de forma a una temperatura de 650º C, con este proceso el material cambia su
estructura molecular a una más estable para “recordar” la forma adquirida.
Inmediatamente el dispositivo sale del horno es templado con un baño de sales
(Nitrito de Sodio y Nitrato de Potasio), enfriado con nitrógeno líquido (-168º C).
Así, el baño de sales alcanza una temperatura aproximada de -22º ± 1º C sin
llegar a congelarse.
3. Reivindicación Independiente
Proceso de liberación de un dispositivo oclusor vascular con Nitinol para cierre de
DAP utilizando la guía y la unidad posicionadora descritas en las reivindicaciones
1.2 y 1.3. El sistema de liberación empatado (3 vueltas) al dispositivo va dentro de
un catéter convencional 6 fr. (figura 7 del ANEXO), que permite llevar el conjunto
hasta el lugar de implantación a través de técnicas convencionales de cateterismo.
Una vez el dispositivo esté en el lugar de implantación, se empieza a retirar la guía
de 0,254 mm para que el dispositivo vaya tomando la forma original, cuando esté
34
correctamente posicionado en el lugar deseado, se desenrosca la guía de 0,8 mm
(3 vueltas) para liberar el dispositivo y se retiran el catéter y las guías.
Literatura citada en el documento de patente.
[1]. Silva A. Análisis del Dispositivo de Balón Coil para la oclusión del Ductus
Arterioso Persistente. Bogotá. 2001. Proyecto de grado Magíster en Ingeniería
Mecánica. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería.
[2]. Nieto E. Diseño e implementación del modelo animal para la evaluación del
Dispositivo de Balón Coil. Bogotá. 2002. Proyecto de grado Magíster en Ingeniería
Mecánica. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería.
[3]. García A et. al. Desarrollo y evaluación de un dispositivo de balón-coil para la
oclusión mediante técnicas de cateterismo del ductus arterioso persistente de
calibre mayor. Convocatoria Nacional para el concurso de proyectos de
Investigación. Tema: Diagnóstico, manejo y control de problemas de salud
relevantes en Colombia. Informe Técnico. COLCIENCIAS. Marzo de 2005.
[4]. Galal o. Advantages and Disadvantages of Coils for Transcatheter
Closure of Patent Ductus Arteriosus. Journal of Interventional Cardiology.
Volume16 Issue2 Page157.2003.
35
3.8 Proyecto especial: modelo In Vitro del flujo a través del DAP y análisis
por elementos finitos de un dispositivo oclusor en el Ductus Arterioso Persistente
El objetivo principal de este proyecto es el análisis por elementos finitos de un
dispositivo oclusor en el ductus arterioso persistente. Para lograr este objetivo
se deben alcanzar algunos objetivos específicos que se enuncian a
continuación:
• Desarrollo de modelos matemáticos para determinar el estado de esfuerzos
sobre el coil dentro del DAP.
• Ensayos en un simulador de flujo para establecer la efectividad del
dispositivo en cuanto al paso del flujo.
• Calibración del ensayo de laboratorio por medio de un análisis
computacional con elementos finitos.
Siguiendo el orden de los objetivos, la primera parte de este proyecto ha
consistido en desarrollar un modelo matemático para determinar el estado de
esfuerzos sobre el coil dentro del DAP, aproximando el modelo a otros
modelos existentes en ingeniería.
La situación real es que el coil se encuentra dentro del DAP que es una pared
elástica que lo comprime radialmente y a su vez el coil ejerce resistencia a
esta compresión por ser un resorte de diámetro mayor. Adicional a esta
situación se encuentra la presión de la sangre con flujo pulsátil, y la presión
exterior que ejerce el tejido sobre el vaso.
Se parte de modelos simplificados para entender el problema paso a paso
hasta construir un modelo más complejo para llegar a una buena aproximación
de la situación e interpretar correctamente el modelo real.
36
A continuación se presenta un modelo sencillo de lo que puede ser la situación
del coil dentro del DAP:
3.8.1 Modelo de dos piezas cilíndricas ensambladas por ajuste a presión [16].
Cuando dos piezas son ensambladas por presión como puede ser el caso del
ductus y el coil (la pared del vaso es elástica y tiene un diámetro menor al del
coil), se crea un presión de contacto entre las dos partes, en un radio nominal
de transición o radio equivalente (R) que resulta de las deformaciones radiales
que sufren los dos cuerpos en las superficies de contacto debido a la presión
(p) que es igual al inverso del esfuerzo radial (σr= -p). Ambos cilindros deberán
hacer un ajuste a su radio para que el conjunto tenga un radio equivalente, es
decir, el radio del cuerpo externo aumentará oδ y el radio del cuerpo interior
disminuirá en iδ (figura 16).
Figura 16. Partes ensambladas con sus respectivos radios y el radio equivalente.
El esfuerzo tangencial en el radio de transición para el miembro interior (coil)
es:
22
22
, )(i
iit rR
rRpR
−+
−=σ (1)
Req. δ0
Ro.
Ri.
δi
37
De la misma manera el esfuerzo tangencial en la superficie interior del
miembro exterior es:
220
22
, )(RrRr
pR oot −
+−=σ
(2)
Estas ecuaciones no pueden resolverse si no se conoce la presión y el radio
equivalente.
Las deformaciones tangenciales del cilindro exterior en el radio de transición
son medidas por el cambio en la circunferencia:
RRRR oo
otδ
ππδπ
ε =−+
=2
2)(2,
(3)
Teniendo en cuenta la teoría de la elasticidad y asumiendo esfuerzo biaxial
tenemos:
o
oto
o
otot EE
,,,
σνσε −=
(4)
Sustituyendo las ecuaciones (2), (3) y (σr= -p) en la ecuación (4), se obtienen
los cambios para los radios del miembro interno ( iδ ) y el miembro externo
( oδ ):
)( 22
22
oo
o
oo Rr
RrEpR
νδ +−+
= (5)
38
)( 22
22
ii
i
ii rR
rREpR
νδ −++
= (6)
A continuación sed presenta una tabla con los radios iniciales es decir antes de
ser acoplados los dos cuerpos y los radios finales, después del acople.
Radios Inicial Final
ri R+di R
ro R-do R
Tabla 6. Radios iniciales y finales antes y después del acople.
Los valores de ri y ro son valores conocidos, sustituyendo los valores de la
tabla y restando R a ambos lados en las ecuaciones (5) y (6) obtenemos dos
ecuaciones con dos incógnitas, (p, R):
(a) R
RrRr
EpR
r oo
o
oo =+
−+
+ )( 22
22
ν
(b) R
rRrR
EpR
r ii
i
ii =+
−+
+ )( 22
22
ν
Con este sistema de ecuaciones podemos hallar la presión entre ambos
cuerpos y el radio equivalente lo que nos permite llegar en un modelo más
avanzado a estimar la fuerza de fricción entre el coil y la pared del vaso.
La tabla a continuación muestra los valores obtenidos de mediciones y
literatura reportada.
39
radio inicial [m] E [Pa] Poisson
Coil 4,00E-03 2,00E+09 0,33
DAP 2,00E-03 1,00E+04 0,4
R equivalente 3,00E-03
Tabla 7. Propiedades mecánicas de los materiales y radio equivalente del acople DAP-coil.
Los valores de radios se tomaron experimentalmente con un calibrador. Los
valores de módulo de elasticidad fueron tomados de las referencias [17,18], y
la relación de Poisson de la referencia [19].
Sustituyendo estos valores en el sistema anterior, obtenemos un valor para la
presión:
P= -3 KPa
La presión se distribuye en el área de contacto que en este caso es un
rectángulo cuya área esta dada por el producto entre el perímetro de la
circunferencia dada por el radio equivalente y la longitud del coil.
Dada esta área la fuerza de fricción es entonces:
NxxlxR
xAP
Frcoil
102
3
1033.1103
=Π
==
Con un coeficiente de fricción de µ=0,2 y utilizando la fórmula:
xNFr μ= , encontramos el valor de la fuerza que existe entre el coil y el tejido:
N= 6,65x1010 N
40
3.8.2 Ensayo de laboratorio en un simulador de flujo del DAP obstruido por un coil.
El objetivo de este ensayo era medir el flujo que pasaba a través del coil para
verificar la eficacia del dispositivo en cuanto al ocluir el DAP. También se
calculó el desplazamiento del coil en el ductus a diferentes velocidades de
flujo.
El simulador de flujo consiste en un circuito que puede tener flujo constante o
pulsátil. El flujo constante es generado por una bomba peristáltica
(Masterflex®), y el flujo pulsátil es generado por un sistema de bombeo que
simula la cavidad ventricular derecha. El sistema neumático que controla el
accionar de la cámara ventricular, consta principalmente de una línea de aire
regulada por un manómetro, dos válvulas solenoides que controlan la entrada
proporcional y la salida del aire y un circuito de control (figura 17).
Figura 17. Montaje del simulador de flujo.
Cámara Ventricular
Solenoide
Zona de prueba
Cámara Ventricular
Solenoide
Zona de prueba
41
En el montaje debía simularse además del corazón como una bomba
impulsora de fluido, el DAP con condiciones fisiológicas similares. Se hicieron
dos variaciones de presiones aórticas y pulmonares a la entrada y salida del
ductus. Los datos de estas presiones fueron tomadas de pacientes de la
fundación Cardio Infantil Instituto de Cardiología reportados en la tesis de Pilar
Navas [20].
Las presiones aórtica y pulmonar se controlaron durante todo el procedimiento
con cabeza de agua constante en reservorios abiertos de agua como se
muestra la figura 18. El circuito empieza en la bomba que impulsa el agua por
una manguera común que se bifurca para cada uno e los reservorios por dos
mangueras que están unidas por un conducto de látex (DAP) en una parte de
la trayectoria (figura 19). Como la presión en la arteria pulmonar es menor, la
mayor cantidad de agua que va por la vía aórtica va a pasar a través del
ductus hacia la vía pulmonar. El exceso de agua en el reservorio de la parte
pulmonar será entonces el flujo que pasa a través del DAP. El reservorio de la
parte pulmonar tiene una manguera que retorna el agua a la bomba para
cerrar el circuito.
42
Figura 18. Montaje del circuito del simulador de flujo con los niveles de referencia.
Se hicieron este tipo de mediciones para DAP con coil y sin coil, con
diferencias de presión de 10 Kpa y 8 KPa entre pulmonar y aórtica, y para
velocidades de flujo de 1.5, 2, 3 y 4 litros/min la cual es la más crítica y no se
presenta en la realidad, pero se registró para observar la resistencia del DAP,
la resistencia del coil al movimiento y la seguridad del circuito.
La diferencia entre la cantidad de fluido colectado en el reservorio pulmonar
con coil y sin coil, permite saber el porcentaje de obstrucción del coil.
DAP nivel 0 m
Pulmonar nivel 0,35 mP= 3,54 KPa
Aorta nivel 1,35 mP=13.32 KPa m
DAP nivel 0 m
Pulmonar nivel 0,35 mP= 3,54 KPa
Aorta nivel 1,35 mP=13.32 KPa m
43
Figura 19. Detalle del DAP en el circuito.
3.8.3 Modelación por elementos finitos del coil obstruyendo el DAP
Este modelo se trabajó con el programa workbench del paquete computacional de
elementos finitos ANSYS 9.0 ®.
Se trató de modelar un coil helicoidal de doble-cono dentro de un conducto con las
propiedades de una arteria humana (figura 20). El conducto tiene 7664 nodos y
1568 elementos, y el coil tiene 28219 nodos con 5533 elementos.
44
Figura 20. Ensamble de las dos piezas.
Los datos de entrada son los mismos que se utilizaron para los dos modelos
anteriores, los prototipos se hicieron a escala real (diámetro extremos del coil
0,8 mm, diámetro interno del DAP 4mm), en el programa Solid Edge®.
En el programa se importó el dibujo del coil dentro del DAP y se le pusieron las
fuerzas y condiciones de borde que se describen a continuación:
Se insertó un soporte fijo a ambos lados del DAP (11mm), en el borde del coil
se le aplicó una fuerza de 1N equivalente a la presión de entrada del flujo en el
DAP, como se muestra en la figura 21, y un contacto de coeficiente de fricción
µ=0,5.
45
Figura 21. Esfuerzos en la zona de la fuerza aplicada.
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE DATOS
Para el ensayos de laboratorio para establecer la metodología de obtención de
memoria de forma y templado del material, se tomaron los datos de fuerza y
elongación del los resortes. Se realizaron tomas de elongación para un rango de
pesos entre 1 y 5 gramos con variaciones de 0.2 gramos en cada toma de
elongación. El xΔ se contó midiendo con una regla milimetrada la diferencia entre
la elongación inicial del resorte y la elongación actual según el peso aplicado.
Una tabla de toma de datos para un tratamiento se muestra a continuación:
46
Tabla 4. Datos de elongación, peso y constante del resorte para uno de los tratamientos.
Una gráfica típica del comportamiento de los resortes ante la variación de peso se
presenta en la figura a continuación:
Figura 22. Gráfica típica de peso vs. Elongación para medir la constante del resorte.
Lo (mm) Li (mm) delta L1 L2 delta L2 L3 delta L3 L4 delta L4 peso (g) Peso (N) Pendiente 8 14 6 14 6 21,5 11,5 20,5 10,5 1 0,00981 Prueba 1 0,0019677 8 15 7 16 8 23 13 23 13 1,2 0,011772 Prueba 2 0,0017834
10 16 8 18 10 25 15 25 15 1,4 0,013734 Prueba 3 0,00090022 10 17 9 19 11 28 18 27 17 1,6 0,015696 Prueba 4 0,00086305
18 10 20 12 30 20 29 19 1,8 0,017658 media 0,00137859 19 11 20,5 12,5 32 22 31 21 2 0,01962
20 12 21 13 34 24 34 24 2,2 0,021582 22 14 22 14 36 26 36 26 2,4 0,023544 23 15 23 15 39 29 39 29 2,6 0,025506 24 16 24 16 40 30 42 32 2,8 0,027468
25 17 25 17 43 33 45 35 3 0,02943 25,5 17,5 26 18 45 35 47 37 3,2 0,031392 26 18 27 19 47 37 48 38 3,4 0,033354 27 19 28 20 50 40 50 40 3,6 0,035316
28 20 30 22 52 42 53 43 3,8 0,037278 29 21 31 23 54 44 55 45 4 0,03924 30 22 32 24 56 46 57 47 4,2 0,041202 31 23 34 26 58 48 59 49 4,4 0,043164
K resorte Nitrógeno-600º-40 min
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 5 10 15 20 25 30delta x (mm)
peso
(g)
p1p2p3p4p5p6
47
Finalmente se sacaron las pendientes de las gráficas y se tabularon los datos para
analizar la varianza con el programa (tabla 5).
modulo k templado temperatura 22,95 nitrógeno 600/40 18,42 agua 600/40 14,49 hielo 600/40 13,79 nitrógeno 650/40 10,01 agua 650/40 11,06 hielo 650/40 11,12 nitrógeno 600/20 16,73 agua 600/20
21,2 hielo 600/20 19,81 nitrógeno 650/20 19,09 agua 650/20 19,16 hielo 650/20
Tabla5. Datos de entrada para ANOVA de dos vías.
El programa arrojó el siguiente análisis con sus respectivos resultados:
Two-way ANOVA: modulo K versus Tto de templado; temperatura Source DF SS MS F P Tto de templado 2 1,462 0,7312 0,05 0,954 temperatura 3 109,416 36,4720 2,34 0,172 Error 6 93,333 15,5555 Total 11 204,211 S = 3,944 R-Sq = 54,30% R-Sq(adj) = 16,21% Individual 95% CIs For Mean Based on Tto de Pooled StDev templado Mean ---+---------+---------+---------+------ agua 16,0625 (----------------*---------------) hielo 16,4775 (---------------*---------------) nitrogeno 16,9175 (---------------*---------------) ---+---------+---------+---------+------ 12,0 15,0 18,0 21,0 Individual 95% CIs For Mean Based on
48
Figura 23. Análisis del programa Minitab para ANOVA de dos vías con los datos obtenidos en el
laboratorio.
Adicionalmente se graficó la interacción entre los tratamientos con los resultados
de constante del resorte.
Figura 24. Gráfica de interacción entre los tratamientos para la constante del resorte.
templado
temperatura
tiempo
65 0600 402 0
20
16
12
20
16
12
aguahielonitrogeno
templado
600650
temperatura
Interaction Plot (data means) for modulo k
49
Figura 25. Gráfica del efecto de cada tratamiento en los resultados.
Según el análisis ANOVA de dos vías, para los datos de constante de los resortes
los p-values muestran que no hay evidencia significativa del efecto de las
variables de temperatura y templado sobre los datos de constante del resorte. Es
decir que se no se puede rechaza la hipótesis nula Ho: Las medias de las
constantes de los resortes de cada tratamiento son iguales. Sin embargo, el
análisis individual para la variable de temperatura, muestra que el tratamiento de
40min y 650ºC es significativamente diferente a los demás en los cuales no existe
diferencia significativa, inclusive el valor de constante del resorte para el
tratamiento diferente es evidentemente bajo comparado con los demás.
La gráfica de interacción de las variables sobre el efecto del resultado muestra en
todas las gráficas líneas no paralelas entre si, lo que significa que si hay
interacción entre los tratamientos sobre el efecto del resultado que se busca.
La gráfica del efecto de cada tratamiento en el resultado evidencia que el
tratamiento alta temperatura a 650ºC durante 20 minutos y templado con nitrógeno
líquido proporciona la mayor rigidez a los resortes, por consiguiente este será el
tratamiento escogido para la fabricación de los dispositivos.
mod
ulo
k
templado
temperatura
nitrog
enohiel
oag
ua65
040
6502
060
040
60020
65040
6502
060
040
6002
0650
4065
020
6004
060
020
24
22
20
18
16
14
12
10
Individual Value Plot of modulo k vs templado; temperatura
50
En el modelo in Vitro del sistema de liberación se realizarón 30 ensayos
obteniendo éxito total en el 100% de los casos. El sistema de liberación permitió
posicionar retraer dentro del catéter y liberar correctamente el dispositivo.
En este momento se ha implantado un dispositivo en un ternero. El dispositivo no
quedó correctamente posicionado debido al sistema de liberación que se estaba
usando, no fue el mismo que se propone en este trabajo y ocasionó dificultades
para la liberación del dispositivo impidiendo que fuera posicionado correctamente.
Debido al mal posicionamiento del coil dentro del DAP se produjo un corto circuito
residual. Cuarenta días después el animal murió, se realizó la necropsia
extrayendo el corazón y analizando patológicamente la porción del DAP, los
resultados de la patología evidencian un cierre parcial del defecto con epitelización
del tejido circundante al dispositivo (figura 26), lo que indica la efectividad del
dispositivo al cierre del DAP.
Figura 26. Porción del DAP 40 días después de implantado el coil.
Se realizó un experimento anterior a este en donde no se pudo implantar el
dispositivo porque el DAP estaba cerrado.
51
El modelo matemàtico de las dos piezas cilìndricas ajustadas a presión permite
hallar fuerzas de interacción entre dos cuerpos cilíndricos con propiedades
mecánicas diferentes, pero parte de supuestos que lo alejan de la realidad como
que se asume el vaso como un cilindro rígido de pared delgada al igual que el coil
que además no es un cilindro, es un resorte helicoidal, y se desprecia el efecto del
flujo el cual es uno de los más importantes.
Los resultados del ensayo en el simulador de flujo se muestran en la tabla a
continuación:
Volumen de agua colectado en pulmonar
sin coil
Q= 1,5
L/m
Q= 2
L/m
Q= 3
L/m
Q= 4
L/m
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=3,54 Kpa 0,625 1 1,08 1,32
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=2,69 Kpa 1 0,88 1,05 1,25
Tabla 8. Volumen de agua colectado en el lado pulmonar del circuito para diferentes con un DAP sin coil.
Volumen de agua colectado en pulmonar
con coil
Q= 1,5
L/m
Q= 2
L/m
Q= 3
L/m
Q= 4
L/m
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=3,54 Kpa 0,5 0,58 0,67 0,75
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=2,69 Kpa 0,5 0,56 0,69 0,88
Tabla 9. Volumen de agua colectado en el lado pulmonar del circuito para diferentes con un DAP con coil.
Porcentaje de retención del coil
Q= 1,5
L/m
Q= 2
L/m
Q= 3
L/m
Q= 4
L/m
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=3,54 Kpa 20,0 42,0 38,0 43,2
P aorta=13.32 Kpa, P pulmonar=2,69 Kpa 50,0 36,4 34,3 29,6
52
Tabla 10. Volumen de agua colectado en el lado pulmonar del circuito para diferentes con un DAP sin coil.
En ninguno de los casos hubo desplazamiento del coil en el ductus excepto
cuando se llevó el circuito a una velocidad de 5 litros/min.
Los resultados de las tablas de los porcentajes muestran que el coil retiene en el
88% de los casos más del 30% del fluido.
5. CONCLUSIONES
En relación al diseño y fabricación del dispositivo se puede concluir que la
geometría de doble cono y el uso del Nitinol permiten fabricar dispositivos
adaptables a diferentes diámetros de DAP.
El sistema de liberación del dispositivo es efectivo y fue probado con un modelo In
Vitro en donde se concluye que el sistema de liberación permite posicionar retraer
dentro del catéter y liberar correctamente el dispositivo en el DAP. Se recomienda
probar el sistema de liberación en un modelo In Vivo con condiciones reales que
permitan corroborar la eficacia del sistema mostrada en la pruebas In Vitro.
El proceso de moldeado por temperatura para darle la memoria de forma al
material se practicó mediante pruebas de laboratorio que permitieron establecer
un proceso estándar de fabricación del dispositivo que optimizara sus propiedades
mecánicas para mejores resultados una vez implantado en el DAP. Se recomienda
la realización de un experimento similar con mayor número de muestras para
obtener una mayor confianza en el diseño del experimento y el análisis estadístico
de los resultados ya que estos estuvieron limitados por la disponibilidad de
material en el momento de realización de la prueba.
El modelo In Vivo con bovinos neonatos es adecuado para la evaluación de
dispositivos para cierre de DAP. En este experimento se evidencia la efectividad
53
del dispositivo en su función de ocluir el DAP y la biocompatibilidad del material
utilizado para su fabricación. Es importante tener mayor certeza de la edad del
animal en el momento de la compra ya que de esto depende que el ductus
arterioso esté permeable o no y se pueda implantar el dispositivo, para esto se
recomienda tener un contacto directo y confiable en el lugar de compra del animal.
Se deben hacer más experimentos en modelo animal que demuestren la eficacia y
seguridad del dispositivo si se quiere pasar a fase clínica de experimentación.
El trabajo interdisciplinario de médicos, ingenieros y veterinarios es la clave para el
éxito de los procedimientos realizados.
La elaboración de una patente de utilidad es un paso importante para la protección
legal de los derechos patrimoniales del dispositivo y aunque es un proceso largo
permite el desarrollo del dispositivo con miras su industrialización e
implementación en la práctica clínica lo cual favorece al crecimiento de los grupos
de investigación involucrados en este proceso (Grupo de Ingeniería Biomédica
Universidad de los Andes y Fundación Cardio Infantil Instituto de Cardiología) y al
beneficio de la comunidad usuaria del dispositivo.
Del modelo In Vitro en el simulador de flujo se puede concluir que el dispositivo
retiene el flujo de agua y se ancla perfectamente a las paredes del ductus, este
procedimiento se podría corroborar con mayor eficacia si se trabajara con un fluido
viscoso como la sangre, pienso que bajo estas condiciones el flujo no pasaría a
través del DAP y se podría calibrar para diámetros mayores de DAP y dispositivos.
En la modelación por elementos finitos se recomienda establecer parámetros de
entrada que se aproximen más al modelo real y lograr establecer una superficie de
contacto adecuada para la interacción coil pared la cual no se ha logrado
caracterizar hasta el momento y es la que se cree que generó los errores en las
54
simulaciones. Una posible solución al problema puede ser introducir el coil
deformado o pre-estresado para que se acople dentro de la simulación y se
establezca un contacto directo entre las piezas.
El dispositivo creado puede llegar a ser una excelente alternativa para cierre de
DAP.
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