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Meditech Challenge – Vascular Surgery

Nuove tecnologie per la Chirurgia Vascolare

Home / Innova / Strumenti per l’innovazione / Meditech Challenge
6
Sfide
15
medici specializzandi
33
Solver selezionati

suddivisi in 5 team

13
Mentori
14
Settimane

La Challenge si svolgerà da febbraio a maggio 2024

Scopri come candidarti in questa pagina

Logo Meditech Challenge positivo

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GC 2023 Build in TBE

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Che cos’è la Meditech Challenge – Chirurgia vascolare?

È un’iniziativa che permette agli studenti di dottorato e di master dell’Università di Trento di collaborare con giovani chirurghi vascolari per affrontare le sfide nel campo della chirurgia vascolare. Grandi aziende del settore medicale sono coinvolte come sponsor e mentori. Un’opportunità unica per esplorare le future carriere scientifiche e ingegneristiche nel settore del medical tech.

GC 2023 Build in EXCC

GC 2023 Build in EXCC

GC 2023 Build in EXCC

Che cos’è la chirurgia vascolare?

La chirurgia vascolare è quel ramo della chirurgia che utilizza procedure minimamente invasive per trattare una serie di problemi legati ai vasi sanguigni. Questi includono aneurismi dell’aorta, malattie delle arterie periferiche, malattie delle carotidi e insufficienza venosa cronica. Il trattamento di queste patologie prevede l’impianto di protesi e stent altamente ingegnerizzati, l’uso di dispositivi operativi e di macchinari per l’acquisizione di dati (raggi X e TAC).

Su quali sfide e argomenti lavorerai?

1. PROTESI INTELLIGENTI (STENT)

GC 2023 Build in TBE

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CHALLENGE! Nuovi progetti per stent e protesi metalliche più aderenti all’anatomia del paziente (curva aortica) e in grado di rilevare i guasti (movimenti).

  • Ingegneria meccanica
  • Materiali avanzati
  • Fluidodinamica computazionale
  • Sensorizzazione e IoT
  • Produzione additiva
  • Biomateriali
  • Fisica e matematica
  • Modelli predittivi

PROBLEMA: La chirurgia vascolare spesso opera aneurismi (dilatazioni anomale e permanenti della parete arteriosa) impiantando protesi di bypass basate su un tubo in tessuto PTE/PTFE e uno stent metallico a memoria di forma che mantiene aperto il tubo mediante una forza radiale. Gli stent sono disponibili in dimensioni standard: tuttavia, devono adattarsi all’anatomia dei diversi pazienti, che può variare notevolmente da un paziente all’altro e all’interno dello stesso paziente, causando problemi di aderenza nel tempo. Inoltre, la pressione esercitata dal flusso sanguigno può causare malfunzionamenti (movimenti) della protesi, che possono richiedere ulteriori interventi.

IDEE: È possibile concepire stent più personalizzati, con dimensioni e forza radiale più adattabili, e/o che possano essere adattati all’anatomia dei pazienti subito prima dell’intervento, possibilmente coinvolgendo la produzione additiva (stampa 3D)? È possibile migliorare il design dello stent in modo che il flusso sanguigno sia meno influenzato (minore turbolenza), ad esempio utilizzando nuovi materiali che consentano uno spessore più sottile della protesi (sandwich PTFE-carbonio)? È possibile sensorizzare le protesi in modo che possano rilevare le variazioni di pressione del flusso sanguigno e quindi i guasti? Quale fonte di energia dovrebbero raccogliere tali sensori?

2. SOLUZIONI PER L’ENDOLEAK DI TIPO 2

CHALLENGE! Nuovi metodi e materiali per riempire la sacca aneurismatica una volta impiantata la protesi (questo evita che la sacca si riempia di sangue e diventi soggetta a trombosi).

  • Ingegneria meccanica
  • Materiali avanzati
  • Fluidodinamica computazionale
  • Sensorizzazione e IoT
  • Produzione additiva
  • Biomateriali
  • Fisica e matematica
  • Modelli predittivi
GC 2023 Build in EXCC

GC 2023 Build in EXCC

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PROBLEMA: Un endoleak di tipo II si verifica quando, dopo l’impianto di una protesi, le piccole arterie periferiche continuano a fornire sangue alla sacca aneurismatica, che diventa instabile e minaccia la salute del paziente operato. Questo problema è stato affrontato con azioni preventive durante l’impianto della protesi, come l’embolizzazione della sacca con materiale trombogenico (che però non è efficace in termini di tempo) o il riempimento della sacca con un polimero (che però si è dimostrato fallimentare a causa della massa del materiale e della mancata corrispondenza delle proprietà meccaniche con la sacca). Sono state esplorate, ma non industrializzate, protesi con filamenti peptidici funzionalizzati con aminoacidi (con una grande capacità di coagulare il sangue).

IDEE: È possibile riempire la sacca aneurismatica con materiali biocompatibili che consentano di sigillare le arterie che forniscono sangue? L’idrogel sarebbe adatto o si rivelerebbe troppo pesante? L’aerogel sarebbe adatto, considerando che le sue nicchie sarebbero abitate da sangue coagulato? Le spugne compresse potrebbero essere un’opzione e quale potrebbe essere l’attivazione? I materiali bidimensionali attaccati alla protesi sarebbero adatti?

3. ROBOT PER LA CHIRURGIA VASCOLARE

Two Surgeons Observing High-Precision Programmable Automated Robot Arms Operating Patient In Futuristic Hospital. Robotic Limbs Performing Advanced Nanosurgery, Doctors Looking At Vitals On Monitor

CHALLENGE! Nuovi concetti di robot in grado di impiantare una protesi che potrebbe essere impiegata per operazioni a distanza.

  • Ingegneria meccanica
  • Robotica
  • Fluidodinamica computazionale
  • Sensorizzazione e IoT
  • Ingegneria industriale
  • Realtà aumentata
  • Fisica e matematica
  • Intelligenza artificiale

PROBLEMA: L’impianto di una protesi richiede un alto grado di destrezza e conoscenze pratiche esperte che comportano la gestione di un sistema coassiale rotante composto da oggetti che scorrono e ruotano l’uno sull’altro: cateteri, guide morbide, guide rigide, cingoli e lo stent/protesi. Tutti devono essere inseriti nell’arteria di un arto (ad esempio, l’arteria femorale) e guidati lungo il corpo fino a raggiungere la posizione giusta (addome o aorta dove si trova l’aneurisma). Per complicare le cose, le arterie possono fare curve a 90°, anse e ci sono biforcazioni. Il feedback tattile fornito dalle guide al chirurgo è fondamentale. È possibile concepire un robot e un sistema di comando/feedback adatto a consentire al chirurgo di eseguire un’operazione di installazione della protesi a distanza, magari su interventi standard/semplici? Questo risolverebbe anche il problema dell’esposizione alla RX (i chirurghi devono utilizzare la RX in diretta per vedere all’interno del paziente e localizzare la protesi da impiantare e i vari dispositivi utilizzati per la sua installazione).

IDEE: Sul mercato esistono le prime soluzioni robotiche (ad esempio, Magellan, Sentante, CorPath, Robocath e un altro progetto cinese basato sulla manipolazione biomimetica). Altri prodotti sono poco utilizzati a causa della scarsa ergonomia (interfaccia joystick). Una sfida fondamentale è garantire un feedback aptico all’interfaccia che abbia una precisione e un’istantaneità adeguate (esistono studi ed esperimenti con attuatori elastici in serie SEA).

4. INTERVENTO CHIRURGICO AUMENTATO

CHALLENGE! Nuovi sistemi basati sui dati per supportare la pianificazione e l’esecuzione degli interventi per ottimizzare i risultati e migliorare l’efficienza dei processi.

  • Ingegneria meccanica
  • Robotica
  • Fluidodinamica computazionale
  • Sensorizzazione e IoT
  • Ingegneria industriale
  • Realtà aumentata
  • Fisica e matematica
  • Intelligenza artificiale
Meditech area4

Meditech area4

Meditech area4

PROBLEMA: Attualmente, l’intera pianificazione dell’intervento (fasi, strumenti e tipo di protesi adatta) viene effettuata dal chirurgo in modo personalizzato. Esistono alcuni software che offrono suggerimenti sulla selezione dei diametri di stent adatti, ma non danno consigli sulla pianificazione dell’intervento. APSS è in grado di rendere disponibili i dati cronometrati delle varie fasi di un intervento in formato Daicom (immagini con informazioni sui tempi, dosi di farmaci somministrati). È possibile pensare a un software in grado di supportare il chirurgo nella pianificazione dell’intervento, basandosi su un database di interventi pianificati (e relativi esiti)?

IDEE: Il modello può generare automaticamente il piano di intervento (fasi, strumenti) in base al tipo di protesi da applicare (che potrebbe essere suggerito in base ad algoritmi di ML – Machine Learning basati sull’anamnesi), eventualmente generando diversi piani associati a diverse informazioni di rischio/successo/costo. Il sistema può combinare aspetti economici e di usabilità con logiche di gamification per massimizzare l’interesse dei chirurghi di tutta la contea ad annotare e condividere i dati dei propri interventi (ad esempio, portando l’etichettatura in sala operatoria per risparmiare tempo).

5. FUSIONE DEI DATI DI SCANSIONI TOMOGRAFICHE ED ECOGRAFIE

CTA femoral artery run off image of femoral artery for diagnostic Acute or Chronic Peripheral Arterial Disease.

CTA femoral artery run off image of femoral artery for diagnostic Acute or Chronic Peripheral Arterial Disease.

CTA femoral artery run off image of femoral artery for diagnostic Acute or Chronic Peripheral Arterial Disease.

CHALLENGE! Elaborare una soluzione tecnica che potrebbe essere in grado di ottimizzare e unire le immagini di tomografia computerizzata (CT scan) con le immagini di ecografia (ECO scan).

  • Computer vision
  • Fisica e matematica
  • Intelligenza artificiale

PROBLEMA: Nella fase post-operatoria, i pazienti che hanno avuto un aneurisma vengono sottoposti a controlli di follow-up a tre e sei mesi. La visita di controllo prevede l’acquisizione di immagini TC per verificare l’esito dell’intervento chirurgico. Si ipotizza che i dati e le immagini TC possano essere sostituiti da scansioni ecografiche in grado di fornire informazioni necessarie ed adeguate per questi controlli.

IDEE: E’ importante verificare la fattibilità di una rappresentazione tridimensionale (3D) a partire dalle immagini ecografiche unite alle precedenti immagini TC del paziente. Essere in grado di ottimizzare e fondere le immagini ecografiche con le immagini TC può risultare utile anche durante la fase di intervento. Consentirebbe infatti di ridurre la dose di radiazioni attraverso la sostituzione completa o parziale delle immagini acquisite tramite raggi X utilizzate come supporto intraoperatorio per determinare il posizionamento dei dispositivi (catetere, guida, protesi) nel corpo del paziente.

6. MODELLI COMPUTAZIONALI EMODINAMICI PER LA CHIRURGIA VASCOLARE

CHALLENGE! Esplorare mediante l’uso di modelli computazionali se scelte specifiche sulle proprietà della protesi possano comportare una riduzione della pressione arteriosa sistolica del paziente.

  • Modelli anatomici
  • Fluidodinamica computazionale
  • Fisica e matematica
  • Progettazione meccanica delle protesi
Meditech - Sfida 6 alt

Sfida 6 alt

Sfida 6 alt

PROBLEMA: Studi precedenti evidenziano che l’aneurisma addominale comporta un aumento della pressione arteriosa sistolica, determinando un sovraccarico del ventricolo sinistro. Inoltre, studi recenti mettono in luce che l’inserimento di protesi non riduce la pressione arteriosa sistolica elevata e, inoltre, aumenta altri indicatori di rischio cardiovascolare come la Velocità dell’Onda del Polso.

IDEE: Il team potrebbe indagare se scelte specifiche sulle proprietà della protesi potrebbero portare ad una riduzione della pressione arteriosa sistolica del paziente. Inoltre, si potrebbe indagare se il riempimento del sacco dell’aneurisma, con conseguente aumento della pressione esterna alla protesi, abbia un impatto misurabile attraverso segnali che possono essere acquisiti in modo non invasivo (come il PPG), al fine di sviluppare un metodo di monitoraggio non invasivo e continuo dell’insorgenza di endoleak.

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Double exposure of Engineer or Technician man with business industrial tool icons while using tablet with monitor of computers room for oil and gas industrial business concept.

Sei un’impresa?

Sei un’azienda che opera nel settore dell’ingegneria e dello sviluppo di dispositivi medici? Puoi partecipare come sponsor della Meditech Challenge.

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young business man keyboarding on laptop computer with blank copy space screen while sitting in cafe,finger on trackpad of computer,shot touching laptop trackpad,vintage color,selective focus

Studi all’università?

Applica competenze in data science, robotica, ingegneria dei materiali, fisica e matematica, per collaborare con giovani chirurghi e affrontare le sfide nel campo della chirurgia vascolare.

Sanità digitale – La strategia europea dei dati

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Sei un medico specializzando?

Condividi le tue conoscenze sulla pratica clinica nel campo della chirurgia vascolare e collabora con giovani ingegneri per ideare soluzioni alle sfide tecniche affrontate dai chirurghi vascolari.

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