Un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Rochester (RIT) y del Instituto de Tecnología de Georgia, en Estados Unidos, ha logrado que los simulaciones de la actividad eléctrica del corazón en tiempo real puedan ejecutarse en ordenadores de escritorio y teléfonos móviles. Hasta ahora, solo era posible en superordenadores.
Debido a la compleja electrofisiología de las células y tejidos del corazón, los modelos de simulación condiciones como las arritmias requieren la resolución de miles de millones de ecuaciones diferenciales. Esto limitaba su estudio solo a aquellos con acceso a supercomputadores.
El nuevo enfoque de simplificación de cálculos no solo puede ayudar a diagnosticar afecciones cardíacas y probar nuevos tratamientos, sino que amplía los límites de la ciencia cardíaca al permitir nuevas investigaciones y posibilidades de educación en la especialidad cardíaca.
Las enfermedades del corazón son las principales causas de muerte en todo el mundo, y los modelos de dinámica cardíaca pueden ser útiles en el estudio y tratamiento de problemas cardíacos como las arritmias.
El nuevo enfoque
La complejidad de cálculos que exigen los modelos de simulación de alto rendimiento a tiempo real ha supuesto un obstáculo tanto para profesionales como para estudiantes. Según Elizabeth Cherry, profesora asociada y directora del programa de modelos matemáticos del RIT, las simulaciones de superordenadores retrasaban mucho el trabajo de los estudiantes y restringía las posibilidades de estudio de los alumnos.
“Ahora pueden trabajar con estos modelos complejos en tiempo real, lo que abre todo un nuevo mundo de oportunidades para lo que pueden estudiar", explica Cherry en un comunicado. Las nuevas opciones de estudio amplían, a su vez, las oportunidades de investigación.
El avance tecnológico se basa en el uso del código WebGL para reutilizar tarjetas gráficas y, así, realizar cálculos que aceleren las aplicaciones de computación científica. La agilización en el proceso de renderización de gráficos 3D y el uso de la esta especificación estándar permiten que los los complejos simuladores de la actividad eléctrica del corazón se ejecuten en cualquier navegador web.
Aplicaciones médicas
La metodología simplificada permite a los usuarios resolver problemas tan rápido como un superordenador en los navegadores web con los que ya están familiarizados. "Esto abre la puerta a la posibilidad de hacer modelos específicos para cada paciente de una manera razonable", explica Flavio Fenton, profesor de física en el Instituto de Tecnología de Georgia.
En los entornos hospitalarios, los modelos en tiempo real podrían permitir a los médicos explicar mejor a sus pacientes los detalles e implicaciones de las afecciones cardíacas potencialmente mortales.
"Esta visualización puede ser muy útil para la aplicación de tratamientos de una variedad de problemas cardíacos", señala Abouzar Kaboudian, científico investigador del Instituto de Tecnología de Georgia. “Por ejemplo, un médico puede ver qué pasaría si se colocara un marcapasos en una ubicación particular del corazón”.
El fácil acceso de los médicos a esta tecnología también permite importar los datos tomográficos de un paciente en particular y ver, por ejemplo, qué causaría una arritmia y cuál sería el mejor tratamiento para eliminarla.
Referencia
Real-time interactive simulations of large-scale systems on personal computers and cell phones: Toward patient-specific heart modeling and other applications. A. Kaboudian et al. Science Advances, 27 March 2019. DOI: 10.1126/sciadv.aav6019.