Cálculo computacional

La pandemia causada por el COVID-19 ha desbordado el número de pacientes que necesitan ser asistidos mediante equipos de respiración mecánica, situación que ha llevado a investigadores a plantear sistemas más sencillos, empleando aparatos de ventilación no invasiva (VNI), que puedan ser fabricados de forma rápida y puestos a disposición de entidades sanitarias con relativa rapidez.

Necesidad de un estudio previo para validar un uso continuado y polivalente

El desarrollo de estos sistemas de ventilación debe hacerse a partir de un estudio que determine la coordinación de cada uno de sus componentes con el comportamiento y las direcciones de aire limpio y exhalado por el paciente (rico en carga vírica y dióxido de carbono). Para ello, el uso de herramientas de simulación por ordenador, ampliamente utilizadas en otros ámbitos, como el diseño de motores, cobra especial importancia.

Antonio Torregrosa, investigador del Instituto CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València (UPV), explica que un sistema de gestión de aire “se puede lograr en un corto periodo de tiempo, pero asegurar un uso continuado y polivalente del sistema en pacientes reales no es sencillo, y para ello es vital realizar estudios previos. Además, se debe asegurar que el sistema sea robusto y eficiente, y analizar bajo qué circunstancias puede ser utilizado de forma clínica”.

Máscaras de snorkel, predicción de prestaciones de equipos helmet…

Desde este centro, referente internacional en el ámbito de la automoción, un grupo de expertos en el estudio de procesos fluidodinámicos liderado por José María Desantes, director del Instituto CMT, está exportando su know-how al campo de la renovación del aire en los diferentes equipos que están siendo usados en circuitos respiratorios CPAP, como máscaras nasales, máscaras buconasales, máscaras faciales, interfases tipo helmet…).

Hasta la fecha, los investigadores del CMT han colaborado en el estudio del uso de máscaras de snorkel, de la mano del Dr. José Alonso, del Hospital Universitario La Fe de Valencia, o en la predicción de las prestaciones de un equipo tipo helmet, diseñado por el Dr. Alberto Medina, del Hospital Universitario Central de Asturias.

“Llevamos décadas analizando con éxito el movimiento del aire y los gases quemados en el interior de motores de combustión”, indica Antonio Gil, investigador del mismo grupo. “La extrapolación de este conocimiento al caso de la renovación del aire en aplicaciones que mejoran el tratamiento mediante respiración asistida de pacientes con afectación pulmonar es inmediata”, apunta este investigador del CMT-Motores Térmicos de la UPV.

El clúster de supercomputación, a su disposición

Las herramientas de cálculo del movimiento de fluidos (CFD, por sus siglas en inglés) se aplican comúnmente en diversas disciplinas de ingeniería, y requieren de ordenadores especiales con mucha potencia de cálculo. “Nosotros estamos usando el clúster de supercomputación (Rigel) que pone la UPV a disposición de los diferentes grupos de investigación”, señala Pedro Quintero, investigador y profesor en la UPV, y encargado de diseñar las simulaciones por ordenador.

“Ya hemos procesado los primeros cálculos y los resultados son muy prometedores. Esperamos estar en disposición de proporcionar directrices sobre el diseño y comportamiento de los sistemas de ventilación no invasiva en un plazo corto”, concluye Quintero.

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