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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
G.B. Fiore
Chirurgia cardiaca in laboratorio:
Temi e soggetti interessati
• Concezione di nuovi
atti chirurgici
3
Ricerca .
• Proof of concept di
nuovi dispositivi
• Sviluppo di nuovi
dispositivi
• Addestramento
degli operatori
R&D
.
Clinica .
G.B. Fiore
Interesse
dell’industria
Un phantom per la chirurgia cardiaca:
4
Quali opzioni?
Simulatori
idraulici (mock loop)
Sistemi a cuore
battente
Simulatori per
campioni ex vivo
2
1
3
G.B. Fiore
4
8
6
5
7
??
Un phantom per la chirurgia cardiaca:
Quali requisiti e quali aspettative?
5
Imaging simil-clinico
(eco, Doppler, fluoro, …)
Simulazione dell’atto
chirurgico
Anatomia
Biomeccanica dei
tessuti
Meccanica del
battito cardiaco
Emododinamica
pulsatile
Altro imaging
(endoscopia, HS video)
Costo contenuto
G.B. Fiore
Un phantom per la chirurgia cardiaca:
6
Quali opzioni?
Simulatori
idraulici (mock loop)
Sistemi a cuore
battente
Simulatori per
campioni ex vivo
2
1
3
G.B. Fiore
4
8
6
5
7
??
Sistemi a cuore battente:
…una lunga storia…
7
Langerdorff, 1895
G.B. Fiore
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)
G.B. Fiore
Sistemi a cuore battente:
9
Aspettative soddisfatte
Imaging simil-clinico
(eco, Doppler, fluoro)
Simulazione dell’atto
chirurgico
Anatomia
Biomeccanica dei
tessuti
Meccanica del
battito cardiaco
Emododinamica
pulsatile
Altro imaging
(endoscopia, HS video)
Costo contenuto
G.B. Fiore
Un phantom per la chirurgia cardiaca:
Quali opzioni?
Simulatori
idraulici (mock loop)
10
Sistemi a cuore
battente
Simulatori per
campioni ex vivo
2
1
3
G.B. Fiore
4
8
6
5
7
??
Progettare un mock loop
«come si fa»?
11
Modello concettuale
del sistema
Modello per la
progettazione
Z
G.B. Fiore
Laboratorio
Progettare un mock loop
«come si fa»?
12
Simulatore idraulico
dell’impedenza
sistemica
Pulsatile
pressure
Pulsatile
flow
Simulatore
idraulico
dell’eiezione
ventricolare
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
L’impedenza idraulica della circolazione
13
Frank O, 1899
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
L’impedenza idraulica della circolazione
14
Hedon E, 1918
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
L’impedenza idraulica della circolazione
15
100 00
Modello RC
‐1
Modulo (g s cm )
‐4 10 00
Atrio destro
Aorta
100
10
0
2
6
4 Freq u en za (H z)
Atrio destro
Aorta
RC
R CR R LRC R CLR C u m a n o 50
Fase (gradi) 10
8
100
Modello RCR
Sharp MK, et al. 1999
RC RC R RL R C RC L RC um an o Aorta
0
‐5 0
‐1 0 0
0
2
4 6
F r eq u e n za (H z)
8
10
Atrio destro
Modello RLRC
Aorta
Westerhof N, et al.,
1969
Atrio destro
Modello RCLRC
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
Il sistema pompante
16
Cornhill, 1977
Scotten et al., 1979
Q
∆P
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
«come si fa»?
17
Lanzarone E, et al., 2009
G.B. Fiore
Progettare un mock loop
«come si fa»?
18
35
Q [l/min]
25
15
5
-5 0
0.5
1
1.5
2
-15
-25
t [s]
Portata mitralica
Portata aortica
G.B. Fiore
Portata impostata
Progettare un mock loop
Sistemi commerciali e prototipali
G.B. Fiore
19
Mock loop classici:
20
Aspettative soddisfatte
Imaging simil-clinico
(eco, Doppler, fluoro)
Simulazione dell’atto
chirurgico
Anatomia
Biomeccanica dei
tessuti
Meccanica del
battito cardiaco
Emododinamica
pulsatile
Altro imaging
(endoscopia, HS video)
Costo contenuto
G.B. Fiore
Un phantom per la chirurgia cardiaca:
21
Quali opzioni?
Simulatori
idraulici (mock loop)
Sistemi a cuore
battente
Simulatori per
campioni ex vivo
2
1
3
G.B. Fiore
4
8
6
5
7
??
Simulatori ex vivo per componenti passivi
Principio di funzionamento
22
Simulatore idraulico
dell’impedenza
sistemica
Componente
biologico
passivo
Pulsatile
pressure
Pulsatile
flow
Simulatore
idraulico
dell’eiezione
ventricolare
G.B. Fiore
Simulatori ex vivo:
23
Aspettative soddisfatte
Imaging simil-clinico
(eco, Doppler, fluoro)
Simulazione dell’atto
chirurgico
Anatomia
Biomeccanica dei
tessuti
Meccanica del
battito cardiaco
Emododinamica
pulsatile
Altro imaging
(endoscopia, HS video)
Costo contenuto
G.B. Fiore
Progettare un simulatore ex vivo
«come si fa»?
24
Modello concettuale
del sistema
Modello per la
progettazione
Z
Modello del
componente ex vivo
G.B. Fiore
Laboratorio
Simulatori ex vivo per valvole escisse
Georgia Tech’s LHS
25
Fontaine, et al. 1996
et al., et al., …
G.B. Fiore
Simulatori ex vivo per valvole escisse
PoliMI’s MiAo
G.B. Fiore
26
Simulatori ex vivo per valvole escisse
PoliMI’s MiAo
G.B. Fiore
27
Simulatori ex vivo per valvole escisse
PoliMI’s MiAo
G.B. Fiore
28
Simulatori ex vivo per valvole escisse
PoliMI’s MiAo
G.B. Fiore
29
Simulatori ex vivo per valvole escisse
PoliMI’s MiAo
30
Vismara R, et al. IJAO 2011
G.B. Fiore
Simulatori ex vivo per valvole escisse
L’esperienza FoRCardioLab
G.B. Fiore
31
Simulatori ex vivo per valvole escisse
Forcardiolab’s ARFU
G.B. Fiore
32
G.B.
Fiore
G.B. Fiore – Politecnico di
Milano
FoRCardioLab
G.B.
Fiore
G.B. Fiore – Politecnico di
Milano
FoRCardioLab
G.B.
Fiore
G.B. Fiore – Politecnico di
Milano
FoRCardioLab
G.B.
Fiore
G.B. Fiore – Politecnico di
Milano
FoRCardioLab
Simulatori ex vivo per valvole escisse
Forcardiolab’s ARFU
37
Vismara, et al.
Ann Biom Eng
2011
G.B. Fiore
Simulatori ex vivo per cuori interi
Forcardiolab’s Frankenstin
Leopaldi AM, et al. J Biomech 2012
G.B. Fiore
38
Simulatori ex vivo per cuori interi
Forcardiolab’s Frankenstin
Leopaldi AM, et al. J Biomech 2012
G.B. Fiore
39
Simulatori ex vivo per cuori interi
Forcardiolab’s Frankenstin
G.B. Fiore
40
Simulatori ex vivo per cuori interi
Forcardiolab’s Frankenstin
G.B. Fiore
41
Replacement?
42
dalla ricerca scientifica all’industria
G.B. Fiore
Replacement?
43
dalla ricerca scientifica all’industria
G.B. Fiore
Replacement?
dalla ricerca scientifica all’industria
G.B. Fiore
Epilogo
45
Lezioni imparate
D
I
Y
Do
It
Yourself
Gabriel P, 1978
Z
C
M
P
P
Contaminarsi
Mantenendo le
Proprie
Prerogative
G.B. Fiore
K
I
S
Keep
It
Simple
