Bioingeniería Pulmonar

Cómo se formó

La estructura organizativa del grupo de Bioingeniería pulmonar (GRUBIPU) se encuentra hecha desde hace tres años, aunque viene trabajando en el mismo campo desde 2010, y responde al objetivo estratégico marcado en el proyecto de investigación en salud del plan nacional del que dispone el grupo, que es estudiar la influencia de la geometría de las vías respiratorias en las patologías pulmonares obstructivas. La organización diseñada tiene dos partes, con la IP del proyecto plan nacional (Ana Fernández Tena) llevando la parte del Instituto Nacional de Silicosis (INS) y del Hospital Universitario Central de Asturia (HUCA) y, y el CoIP (Raúl Barrio Perotti) llevando la parte de la Escuela Politécnica de Ingeniería (EPI). La parte del INS y HUCA se puede decir que es más médica, con el personal especializado en pulmón, radiología y nuclear para la realización de la parte experimental, con análisis de los resultados, ya que disponen del instrumental adecuado para ello, incluyendo la realización de tomografías computerizadas. La parte de la EPI es la de ingeniería, con el personal especializado en la reconstrucción de pulmones a partir de imágenes escaneadas y la realización del trabajo numérico, dada su experiencia en el tema, del desarrollo y la simulación de los modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) en lo referente a la simulación del flujo respiratorio y el depósito de partículas en las vías aéreas.

Prioridades actuales y futuras

Existen dos grandes retos que deben resolverse si se desea obtener un modelo y una metodología adecuados que sirvan para investigar el flujo de aire en el pulmón humano y predecir su comportamiento ante diversas situaciones:

• Los modelos desarrollados hasta la fecha abarcan sólo la zona conductiva, excluyendo la zona respiratoria. Por tanto, sería deseable generar un modelo del pulmón hasta el nivel 23, desarrollando una metodología que permita resolver esta geometría sin implicar un excesivo coste computacional.
• La fase de exhalación del aire aun no se ha simulado, debido a que el flujo generado es más complejo que el que se establece durante la fase de inhalación debido al efecto de difusión (transición de escalas pequeñas a otras de mayor tamaño).

Actualmente se dispone de una extensa base de datos de pruebas radiológicas obtenidas con TCAR (Tomografía Computerizada de Alta Resolución) y/o RM (Resonancia Magnética) en el HUCA de las que pueden extraerse las morfologías de un conjunto de pulmones tipo para construir modelos de pulmón y estudiar el depósito de partículas de manera experimental. Sobre los modelos de pulmón construidos se pueden implementar simulaciones numéricas mediante CFD que reproduzcan el flujo de aire en las vías pulmonares, sirviendo para predecir la evolución de ciertas enfermedades pulmonares y su respuesta ante distintos tratamientos, así como también estudiar el depósito de medicamentos y de otro tipo de partículas en el pulmón.

El objetivo científico general del grupo es estudiar la influencia de la geometría de las vías respiratorias en las patologías pulmonares obstructivas. Como objetivos secundarios se pretende desarrollar modelos validados que puedan usarse para predecir la progresión de enfermedades en las vías respiratorias y su respuesta al tratamiento, crear una plataforma para producir herramientas específicas para cada paciente y realizar una gestión personalizada de la enfermedad de las vías respiratorias.

Bioingeniería pulmonar

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• Adrián Pandal-Blanco, Raúl Barrio-Perotti, R. Agujetas-Ortiz and Ana Fernández-Tena (2019). Implementation of a specific boundary condition for a simplified symmetric single‑path CFD lung model with OpenFOAM. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2019, https://doi.org/10.1007/s10237-019-01174-w. Q2/ Engineering, Biomedical.
• Fernández-Tena, A., Marcos, A. C., Agujetas, R., & Ferrera, C. (2018). Simulation of the human airways using virtual topology tools and meshing optimization. Biomechanics and modeling in mechanobiology, 17(2), 465-477. Q2/ Engineering, Biomedical.
• Ana Fernández-Tena, Alfonso C. Marcos, Cristina Martínez, D. Keith Walters. A new adaptive time step method for unsteady flow simulations in a human lung. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 2017;20(8): 915–917. Q2/ Computer Science, Interdisciplinary Applications.
• Ana Fernández Tena, Joaquín Fernández, Cristina Martínez, Pere Casan. Orofaringeous deposit of drugs administered by dry powder inhalers. European Respiratory Journal 2017 50 (Suppl 61): PA2494; DOI: 0.1183/1393003.congress-2017.PA2494. Q1/Respiratory System.
• Ana Fernández Tena, Joaquín Fernández, Pere Casan. Particle deposition in healthy and bronchoconstricted lung. European Respiratory Journal 2016 48: PA4402; DOI: 10.1183/13993003.congress-2016.PA4402. Q1/Respiratory System.
• Ana Fernández Tena, Joaquín Fernández, Rafael Agujetas, Pere Casan. Airway model reconstructed from CT images. European Respiratory Journal 2016 48: PA4404; DOI: 10.1183/13993003.congress-2016.PA4404. Q1/Respiratory System.
• Fernández-Tena A ; Fernández, Joaquín; Álvarez, Eduardo; Casan, Pere; Walters, Keith. (2017). Design of a numerical model of lung by means of a special boundary condition in the truncated branches. International journal for numerical methods in biomedical engineering, 33(6), e2830. Q1/ Mathematics, Interdisciplinary Applications.
• Ana Fernández Tena; Joaquín Fernández; Eduardo Álvarez; Pere Casan. (2015). A three dimensional in SILICO model for the simulation of inspiratory and expiratory airflow in humans. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 9(1), 187-198. Q2/ Engineering, Multidisciplinary.
• Ana Fernández Tena, Pere Casan Clarà (2015). Aplicaciones de la dinámica de fluidos computacional a la neumología. Archivos de Bronconeumología, 51(6), 293-298. Q3/ Respiratory System.
• Ana Fernández Tena, Pere Casan Clarà (2012). Deposition of Inhaled Particles in the Lungs. Archivos de bronconeumología, 48(7), 240-246. Q3/Respiratory System.
• Suarez-García JM, Maestro-González A, Zuazua-Rico D, Sánchez-Zaballos M, Mosteiro-Díaz MP (2018). Stressors for Spanish nursing students in clinical practice. Nurse education today, 64, 16-20. Q1/ Nursing.
• Maestro-González A, Bilbao-León MC, Zuazua-Rico D, Fernández-Carreira JM, Baldonedo-Cernuda RF, Mosteiro-Díaz MP (2018). Quality of life as assessed by adults with cerebral palsy. PloS one, 13(2), e0191960. Q2/ Multidisciplinary Sciences.
• Pandal, A., García-Oliver, J. M., Novella, R., & Pastor, J. M. (2018). A computational analysis of local flow for reacting Diesel sprays by means of a Eulerian CFD model. International Journal of Multiphase Flow, 99, 257-272. Q1/ Mechanics.
• Pandal, A., Pastor, J. M., García-Oliver, J. M., Baldwin, E., & Schmidt, D. P. (2016). A consistent, scalable model for Eulerian spray modeling. International Journal of Multiphase Flow, 83, 162-171. Q1/ Mechanics.
• Desantes, J. M., García-Oliver, J. M., Pastor, J. M., Pandal, A., Baldwin, E., & Schmidt, D. P. (2016). Coupled/decoupled spray simulation comparison of the ECN spray a condition with the Σ-Y Eulerian atomization model. International Journal of Multiphase Flow, 80, 89-99. Q1/ Mechanics.

• Impacto de la COVID19 en la función pulmonar y el control de los pacientes con asma: proyecto IMCAS. 
  Investigador principal: Elena Curto Sánchez
  Investigadores/as: Elena Curto Sánchez , Rocío Díaz Campos, Ana Fernández Tena, Silvia Sánchez Cuellar, Alba Torrent Vernetta, Vicente Plaza Moral
  Entidad financiadora: SEPAR – Fundación RESPIRA
  Número de referencia: Proyecto 1151-2020.
  Importe: 6.000,00 €
  Duración: junio 2021 – diciembre 2023
• Anatomía humana: aprendizaje mediante una app para smartphones.
  Investigador principal: Ana Fernández Tena
  Investigadores/as: Ana Fernández Tena, Nicolás Calvo García
  Entidad financiadora: Universidad de Oviedo
  Número de referencia: PINN-20-A-010.
  Importe: sin financiación
  Duración: septiembre 2020 – agosto 2021
• Uso de juegos y vídeos en las prácticas de anatomía humana. 
  Investigador principal: Ana Fernández Tena
  Investigadores/as: Ana Fernández Tena, Nicolás Calvo García
  Entidad financiadora: Universidad de Oviedo
  Número de referencia: PINN-19-A-004.
  Importe: sin financiación
  Duración: septiembre 2019 – agosto de 2020
• Desarrollo de nuevo material docente para prácticas de anatomía humana
  Investigador principal: Ana Fernández Tena
  Investigadores/as: Ana Fernández Tena, Nicolás Calvo García
  Entidad financiadora: Universidad de Oviedo
  Número de referencia: PINN-18-A-069.
  Importe: sin financiación
  Duración: septiembre 2018 – agosto de 2019
• Ayudas a organismos públicos de investigación
  Investigador principal: Eduardo Blanco Marigorta
  Investigadores/as: Eduardo Blanco Marigorta, Jorge Parrondo Gayo, Sandra Velarde Suárez, Joaquín Fernández Francos, José González Pérez, Jesús Fernández Oro, Katia María Argüelles Díaz, Bruno Pereiras García, Antonio José Gutiérrez Trashorras, Mónica Galdó Vega, Eduardo Álvarez Álvarez, María José Suárez López, Andrés Meana Fernández, Manuel García Díaz
  Entidad financiadora: Principado de Asturias
  Número de referencia: IDI/2018/000205, Grupin-IDI-2018-000205
  Importe: 182.000 €
  Duración: enero 2018 – diciembre 2020
• Efecto de la exposición habitual a humedades / mohos en el control y calidad de vida del paciente asmático
  Investigadora principal: Sandra Dorado Arenas
  Investigadores/as: Sandra Dorado Arenas, Aizea Mardones Charroalde, Ana Fernández Tena, Ana Boldova Loscertales, Ana Lapuente Torrents, Ana Gómez-Bastero Fernández, Francisco Javier Callejas González, Francisco Javier Bravo Gutiérrez, Inés Escribano Gimeno, Iñigo Ojanguren Arranz, Ismael Ali García, Leonardo Saldaña Pérez, Lyam Lamrini H. Laarbi, María Climent Gregori, María Arias Arcos, Marta Ferrer Galván, Rocío García García, Rocío Magdalena Díaz Campos, Rubén Andújar Espinosa, Sandra Dorado Arenas, Silvia Sánchez Cuellar, Susana Herrera Lara, Tamara Gutiérrez Urra
  Entidad financiadora: SEPAR – Fundación RESPIRA
  Número de referencia: 502-2017
  Importe: 15.000 €
  Duración: mayo 2018 – abril 2019
• Estudio de la influencia de la geometría de las vías respiratorias en las patologías pulmonares obstructivas
  Investigadora principal: Ana Fernández Tena
  Investigadores/as: Ana Fernández Tena, Pere Casan Clarà, Cristina Martínez González, Amador Prieto Fernández, Joaquín Fernández Francos, Carmen Vigil Díaz, Eduardo Álvarez Álvarez, Eduardo Blanco Marigorta, Raúl Barrio Perotti, Adrián Pandal Blanco, Noelia Martín Fernández
  Entidad financiadora: MINECO-ISCIII
  Número de referencia: PI17/01639
  Importe: 41.140 €
  Duración: diciembre 2017 – noviembre 2020
• Estudio experimental y numérico de un modelo tridimensional de la vía aérea de un paciente asmático reconstruido a partir de imágenes CT o RM
  Investigadora principal: Ana Fernández Tena
  Investigadores/as: Ana Fernández Tena, Pere Casan Clarà, Francisco Julián López González, Cristina Martínez González, Rosirys Mercedes Guzmán Taveras, Joaquín Fernández Francos
  Entidad financiadora: ASTURPAR – Fundación AIRE
  Número de referencia: 2/16
  Importe: 1.700 €
  Duración: febrero 2016 – febrero 2018

• Una ecuación para mejorar el tratamiento de enfermedades pulmonares: Artículo de Ana Fernández Tena en The Conversation (30/12/2018)