Un equip investigador de la URV simula l’anatomia abdominal humana per reduir el risc d’hèrnies abdominals derivades d’intervencions quirúrgiques

Una protuberància tova sota la pell de la panxa, més visible o pronunciada quan fem esforç o estem dempeus. Així és, vista des de fora, una hèrnia abdominal. Aquestes protrusions es produeixen quan una part del contingut abdominal —greix, budells— sobresurt a través de la paret abdominal. En els casos més severs la paret abdominal pot estrangular els intestins, causant una urgència medica. Entre els diversos factors de risc de desenvolupar una hèrnia abdominal hi ha les incisions quirúrgiques. Amb la intenció d’entendre com sorgeixen aquestes hèrnies incisionals i la seva relació amb les intervencions a l’abdomen, un equip investigador interdisciplinari de la Universitat Rovira i Virgili —amb la col·laboració del Manuel López Cano, Professor titular de Cirurgia a la Universitat Autònoma de Barcelona i Cap de la Unitat de Cirurgia de la Paret Abdominal de l’hospital Universitari Vall d’Hebron— ha posat les matemàtiques i l’enginyeria al servei de la cirurgia.

“La decisió sobre on fer un tall quirúrgic a la paret abdominal depèn de la patologia de base però també de la intuïció i l’experiència del cirurgià”, expliquen Dolors Puigjaner, investigadora del Departament d’Enginyeria Informàtica i Matemàtiques, membre del grup de recerca ASCLEPIUS i coautora de la recerca. En aquest sentit, l’objectiu últim de l’estudi ha estat aportar informació als cirurgians per ajudar-los a prendre decisions al quiròfan, des del punt de vista de la prevenció d’hèrnies. Per fer-ho, l’equip investigador es va proposar entendre com es comporta la paret abdominal sota l’efecte de la pròpia pressió interna en funció de la ubicació del tall i quina té més o menys probabilitat de produir hèrnies postoperatòries. Però, cal esperar què pacients d’operacions abdominals desenvolupin hèrnies —a totes les parts de l’abdomen— per estudiar-les?

Una simulació numèrica de l’anatomia humana

En comptes d’això, l’equip va optar per un mètode molt més immediat: simulacions numèriques basades en el mètode dels elements finits. Aquesta pràctica permet representar la complexitat de l’anatomia humana i simular el seu comportament quan se la sotmet a forces i pressions, en un procés impossible d’executar experimentalment a la vida real. El primer pas és crear un model geomètric detallat de la paret abdominal, incloent-hi tots els músculs i teixits rellevants —la línia alba al centre, els músculs oblics externs i interns, recte i transvers de l’abdomen, i la beina del recte. La geometria del model es va obtenir a partir d’imatges mèdiques d’un individu japonès, d’una base de dades pública.

Un cop obtinguda la geometria, cal convertir-la en malles computacionals. Aquestes fragmenten la geometria en milions d’elements tridimensionals, que en conformen el volum, i bidimensionals, que en formen les superfícies. Un cop acabat aquest laboriós procés, els investigadors van assignar les característiques de cada material als elements que formen les malles. Aquestes característiques descriuen el comportament en elasticitat i compressibilitat dels teixits virtuals. “També hem caracteritzat el teixit de la ferida quirúrgica, considerant un espectre que abasta totes les fases del procés de curació”, afegeix Joan Herrero, investigador del Departament d’Enginyeria Química i  coautor de la recerca. En aquest cas, la rigidesa i compressibilitat del teixit de la ferida és crucial per determinar el risc d’hèrnia incisional.

Amb el model geomètric i les propietats dels materials definides, l’equip de la URV va simular l’aplicació de forces internes a la paret abdominal. L’objectiu era calcular com es deformen i es desplacen els músculs i teixits que conformen  la paret abdominal  en resposta a aquesta pressió, buscant focus amb tensions molt altes, que indiquen risc de ruptura del teixit i, per tant, susceptibles de que es produeixi una hèrnia.

Les incisions a la línia alba, les pitjors

Els resultats de les simulacions van confirmar una observació empírica que els cirurgians ja sospitaven: la incisió a la línia alba (la del mig de l’abdomen) és la pitjor. Aquesta incisió és la que pateix tensions més grans, especialment en situacions en què el teixit és tou, i per tant, té un major risc d’hèrnia. Les simulacions van demostrar que quan el teixit de la ferida és tou poden patir deformacions molt significatives.

Aquest teixit tou, menys saludable, també va induir regions amb nivells de tensió molt alts en els músculs propers, augmentant el risc de ruptura, un efecte especialment notable en la incisió de la línia alba. En contrast, les incisions transverses, és a dir horitzontals, sobre el melic i sota les costelles van presentar el risc més baix de ruptura quan el teixit de la ferida era massa tou. En termes generals, la incisió de la línia alba és la més vulnerable i menys segura, mentre que les paral·leles a la línia alba se situen en un risc intermedi. Aquests resultats suposen un suport matemàtic a les recomanacions derivades de l’observació clínica que aconsellen evitar les incisions a la línia alba sempre que sigui possible, per reduir el risc d’hèrnies incisionals.

Aquest estudi obre la porta a un futur on les intervencions quirúrgiques puguin ser encara més personalitzades. L’aparició de models informàtics d’intel·ligència artificial, molt eficients en el tractament de dades, fan que en un futur proper pugui ser tècnicament possible estudiar el teixit muscular del pacient abans de la intervenció per fer la incisió en el lloc més òptim. Si no a tots, al menys en aquells pacients que presentin un risc associat a aquestes patologies. Pel que fa als pacients sense un risc d’hèrnia aparent, els investigadors creuen que, un cop es disposi de prou dades, els models seran tan precisos que no caldrà modelar l’abdomen de cada pacient.

Perfeccionar el model

Tot i els avenços de la recerca, els investigadors destaquen la necessitat de millorar el model i perfeccionar-lo. En primer lloc, cal determinar amb més exactitud les propietats mecàniques dels teixits del cos humà, per dotar models numèrics com aquest de més robustesa. També es poden incorporar al sistema de càlcul dades addicionals com la tècnica de costura de la ferida. Més enllà d’això, per fer recomanacions més generalitzables, caldria incorporar models anatòmics precisos de diversos individus, de diversos sexes, edats i complexions.

Referència: Tuset, L., López-Cano, M., Fortuny, G. et al. A virtual simulation study of the effects of laparotomy incision location and wound stiffness on abdominal wall mechanics. Sci Rep 15, 18290 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-02760-y