www.biomech.polimi.it Phantom per simulare interventi cardiovascolari Gianfranco Beniamino Fiore, Riccardo Vismara, Alberto Leopaldi XXXIV Scuola Annuale GNB - Bressanone, 21-24 settembre 2015
Il contesto clinico 2 L evoluzione dell approccio chirurgico-interventistico
Chirurgia cardiaca in laboratorio: Temi e soggetti interessati 3 Concezione di nuovi atti chirurgici Ricerca. Proof of concept di nuovi dispositivi Sviluppo di nuovi dispositivi R&D. Interesse dell industria Addestramento degli operatori Clinica.
Un phantom per la chirurgia cardiaca: Quali opzioni? 4 Simulatori idraulici (mock loop) Sistemi a cuore battente Simulatori per campioni ex vivo?? 1 2 3 4 5 6 7 8
Un phantom per la chirurgia cardiaca: Quali requisiti e quali aspettative? 5 Simulazione dell atto chirurgico Imaging simil-clinico (eco, Doppler, fluoro, ) Anatomia Biomeccanica dei tessuti Meccanica del battito cardiaco Emododinamica pulsatile Altro imaging (endoscopia, HS video) Costo contenuto
Un phantom per la chirurgia cardiaca: Quali opzioni? 6 Simulatori idraulici (mock loop) Sistemi a cuore battente Simulatori per campioni ex vivo?? 1 2 3 4 5 6 7 8
Sistemi a cuore battente: una lunga storia 7 Langerdorff, 1895
Sistemi a cuore battente: una lunga storia 8 De Weger A, et al. 2010 De Hart J, et al. 2011 (Görge G, et al. 1994 Modersohn D, et al. 2001)
Sistemi a cuore battente: Aspettative soddisfatte 9 Simulazione dell atto chirurgico Imaging simil-clinico (eco, Doppler, fluoro) Anatomia Biomeccanica dei tessuti Meccanica del battito cardiaco Emododinamica pulsatile Altro imaging (endoscopia, HS video) Costo contenuto
Un phantom per la chirurgia cardiaca: Quali opzioni? 10 Simulatori idraulici (mock loop) Sistemi a cuore battente Simulatori per campioni ex vivo?? 1 2 3 4 5 6 7 8
Progettare un mock loop «come si fa»? 11 Modello concettuale del sistema Modello per la progettazione Z Laboratorio
Progettare un mock loop «come si fa»? 12 Simulatore idraulico dell impedenza sistemica Pulsatile pressure Simulatore idraulico dell eiezione ventricolare Pulsatile flow
Progettare un mock loop L impedenza idraulica della circolazione 13 Frank O, 1899
Progettare un mock loop L impedenza idraulica della circolazione 14 Hedon E, 1918
Progettare un mock loop L impedenza idraulica della circolazione 15 Aorta 10000 1000 RC RCR RLRC RCLRC umano Sharp MK, et al. 1999 Atrio destro Modello RC Modulo (g s 1 cm 4 ) 100 Aorta 10 0 2 4 6 8 10 Frequenza (Hz) Atrio destro Aorta Modello RCR Fase (gradi) 100 50 0 50 RC RCR RLRC RCLRC umano Atrio destro 100 0 2 4 6 8 10 Frequenza (H z) Modello RLRC Aorta Atrio destro Modello RCLRC Westerhof N, et al., 1969
Progettare un mock loop Il sistema pompante 16 Cornhill, 1977 Scotten et al., 1979 P Q
Progettare un mock loop «come si fa»? 17 Lanzarone E, et al., 2009
Progettare un mock loop «come si fa»? 18 35 25 Q [l/min] 15 5-5 0 0.5 1 1.5 2-15 -25 t [s] Portata mitralica Portata aortica Portata impostata
Progettare un mock loop Sistemi commerciali e prototipali 19
Mock loop classici: Aspettative soddisfatte 20 Simulazione dell atto chirurgico Imaging simil-clinico (eco, Doppler, fluoro) Anatomia Biomeccanica dei tessuti Meccanica del battito cardiaco Emododinamica pulsatile Altro imaging (endoscopia, HS video) Costo contenuto
Un phantom per la chirurgia cardiaca: Quali opzioni? 21 Simulatori idraulici (mock loop) Sistemi a cuore battente Simulatori per campioni ex vivo?? 1 2 3 4 5 6 7 8
Simulatori ex vivo per componenti passivi Principio di funzionamento 22 Componente biologico passivo Simulatore idraulico dell impedenza sistemica Pulsatile pressure Simulatore idraulico dell eiezione ventricolare Pulsatile flow
Simulatori ex vivo: Aspettative soddisfatte 23 Simulazione dell atto chirurgico Imaging simil-clinico (eco, Doppler, fluoro) Anatomia Biomeccanica dei tessuti Meccanica del battito cardiaco Emododinamica pulsatile Altro imaging (endoscopia, HS video) Costo contenuto
Progettare un simulatore ex vivo «come si fa»? 24 Modello concettuale del sistema Modello per la progettazione Z Laboratorio Modello del componente ex vivo
Simulatori ex vivo per valvole escisse Georgia Tech s LHS 25 Fontaine, et al. 1996 et al., et al.,
Simulatori ex vivo per valvole escisse PoliMI s MiAo 26
Simulatori ex vivo per valvole escisse PoliMI s MiAo 27
Simulatori ex vivo per valvole escisse PoliMI s MiAo 28
Simulatori ex vivo per valvole escisse PoliMI s MiAo 29
Simulatori ex vivo per valvole escisse PoliMI s MiAo 30 Vismara R, et al. IJAO 2011
Simulatori ex vivo per valvole escisse L esperienza FoRCardioLab 31
Simulatori ex vivo per valvole escisse Forcardiolab s ARFU 32
Politecnico di G.B. Milano Fiore FoRCardioLab
Politecnico di G.B. Milano Fiore FoRCardioLab
G.B. Fiore Politecnico di Milano FoRCardioLab
Politecnico di G.B. Milano Fiore FoRCardioLab
Simulatori ex vivo per valvole escisse Forcardiolab s ARFU 37 Vismara, et al. Ann Biom Eng 2011
Simulatori ex vivo per cuori interi Forcardiolab s Frankenstin 38 Leopaldi AM, et al. J Biomech 2012
Simulatori ex vivo per cuori interi Forcardiolab s Frankenstin 39 Leopaldi AM, et al. J Biomech 2012
Simulatori ex vivo per cuori interi Forcardiolab s Frankenstin 40
Simulatori ex vivo per cuori interi Forcardiolab s Frankenstin 41
Replacement? dalla ricerca scientifica all industria 42
Replacement? dalla ricerca scientifica all industria 43
Replacement? dalla ricerca scientifica all industria
Epilogo Lezioni imparate 45 D I Y Do It Yourself Gabriel P, 1978 Z K I S Keep It Simple C M P P Contaminarsi Mantenendo le Proprie Prerogative